一类非线性系统的鲁棒耗散容错控制

针对一类基于T-S模糊模型表示的具有范数有界时变参数不确定性的非线性系统和严格耗散要求,提出在执行器故障时系统稳定且严格耗散的鲁棒耗散容错控制器设计方法.应用并行分布式控制及线性矩阵不等式的方法,得出了系统在执行器故障时耗散容错控制器存在的充分条件,并且使闭环系统对于允许的参数不确定性具有鲁棒性.进一步建立和求解线性矩阵不等式约束的凸优化问题,给出了系统稳定且严格耗散的模糊容错控制器的设计方法.仿真结果表明该方法的可行性和有效性.     

用可编程序调节器处理间歇生产过程自动控制中的几个问题

本文叙述用可编程序调节器解决顺序控制、快速启动与抗积分饱和、输入非线性与二次信息、参数时变和高级控制等间歇生产过程控制中的四个问题,并以一个应用实例作出了进一步说明。     

考虑控制输入饱和的卫星姿态调节控制

研究了刚体卫星在控制输入饱和、外干扰和参数不确定性存在时的姿态调节控制问题.设计了可动态调节参数的控制器,能够保证姿态和角速度都是渐近趋于零的.通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局渐近稳定性.所提出的控制方案不依赖于卫星的转动惯量,因此对参数不确定性具有鲁棒性.仿真结果表明,在控制输入饱和情况下,所设计的控制方案在实现姿态控制的同时,对外部扰动也能够有效地抑制.     

利用有益非线性因素的主动式悬架系统饱和PD-SMC跟踪方法

针对具有输入饱和的主动式悬架系统,通过利用所构建的仿生参考模型的非线性刚度和阻尼,设计了一种新颖的饱和PD−滑模控制方法(饱和PD-SMC方法)。所设计的控制方法具有以下几个优点：具有PD控制方法的简单结构;具有SMC方法针对模型不确定性和外部干扰的强鲁棒性;不需要传统SMC方法所要求的精确系统参数;同时充分考虑输入饱和的影响。在所设计的控制方法中,PD部分用于保证主动式悬架系统的稳定,SMC部分用于提供强鲁棒性,并引入饱和函数防止控制输入超过约束范围。利用李雅普诺夫方法保证了相应的稳定性分析。从多个实验结果可以看出,与现有的控制方法相比,所设计的控制方法显著提高了暂态性能,并节省了30.65%的控制能量。     

一类非线性系统的鲁棒耗散容错控制

针对一类基于T-S模糊模型表示的具有范数有界时变参数不确定性的非线性系统和严格耗散要求，提出在执行器故障时系统稳定且严格耗散的鲁棒耗散容错控制器设计方法．应用并行分布式控制及线性矩阵不等式的方法，得出了系统在执行器故障时耗散容错控制器存在的充分条件，并且使闭环系统对于允许的参数不确定性具有鲁棒性．进一步建立和求解线性矩阵不等式约束的凸优化问题。给出了系统稳定且严格耗散的模糊容错控制器的设计方法．仿真结果表明该方法的可行性和有效性．     

非线性系统自适应鲁棒控制器设计

针对非线性系统模型参数具有不确定性的问题,利用二型模糊逻辑控制器特别适合于解决不确定性问题的优点和特点,提出二型模糊自适应滑模控制方法,设计了具有自适应和鲁棒性的非线性系统控制器。首先对非线性系统进行精确线性化,然后选取合适的滑模面,并设计了二型模糊逻辑系统,通过李亚普诺夫稳定性理论分析,得到自适应控制律。通过仿真实例验证,对比分析并验证了该控制方法能够克服不确定性参数的干扰,从而更好地控制非线性系统,使其具有一定的自适应性和鲁棒性。     

不确定性Lurie控制系统鲁棒绝对稳定性的LMI方法

对于具有时变结构不确定性Lurie控制系统，给出了关于Lurie型Lyapunov函数中正定矩阵和积分项系数的线性矩阵不等式，讨论了无穷扇形角的情形和有限扇形角的情形。研究结果表明：通过线性矩阵不等式的解构造的Lyapunov函数来保证系统的鲁棒绝对稳定性，不必选择和调整参数；所获得的结果适用于系统具有多个非线性执行机构的情形，克服了图解法检验频率的困难。     

具有约束的离散时间线性二次型最优控制

本文给出离散时间线性二次型最优控制系统具有控制约束问题的新方法。该方法以动态规划基本方程为基础,将非线性规划的技巧与微分动态规划方法相结合,把约束问题化为无约束问题,通过递推方程求得最优控制序列。本文给出了算法的收敛性证明以及计算实例。     

电液伺服系统的切换饱和函数滑模变结构控制

针对电液伺服系统的参数不确定性问题,基于滑模变结构控制理论,提出了一种切换饱和函数滑模变结构控制方法来消除参数不确定性对系统控制性能的影响,并采用饱和函数平滑不连续控制法,有效地减弱了系统中的抖振现象。仿真实验结果证明,该控制策略具有很强的鲁棒性及良好的跟踪性。     

CSTR系统的Ⅱ型模糊控制器设计

将连续搅拌槽反应系统转化为带有结构时变不确定性的线性系统,利用二型模糊控制原理,对该不确定性系统进行控制器设计,从而达到对具有参数不确定性的复杂非线性连续搅拌槽反应系统的稳定控制。仿真结果表明Ⅱ型模糊控制器可以将带有时变时延特性且具有参数不确定性的CSTR系统,稳定控制在其不稳定的工作点上。     

Optimal Tuning of Plant-Friendly PID Controllers

A plant-friendly proportional-integral-derivative (PID) controller optimization framework is proposed to make tradeoffs among set-point response, controller output variations and robustness. The objective function is chosen as the weighted sum of the integral of squared time-weighted error and the integral of squared time-weighted derivative of the control variable with respect to set-point response, while the robustness of the system is guaranteed by constraints on gain and phase margins. Due to the complex structure of the constraints, the problem is solved by genetic algorithms. Simulation analysis show the proposed method could efficiently reduce the controller output variations while maintaining a short settling time. Based on the simulation results, iterative tuning rules for the weighting factor in the objective function are obtained, which allows efficient simple proportional-integral(PI) tuning formulae to be derived.     

新型多目标优化控制策略及其应用研究

针对优化控制器设计中的保守性问题,提出了一类新型的多目标鲁棒优化控制器的设计方法,通过有效算法求解满足系统鲁棒稳定性和鲁棒性能的优化解.该方法扩展了传统的基于Lyaponov稳定性条件的Gl2控制问题,通过将多目标约束条件转化为一系列线性矩阵不等式 (LMI),使多目标的鲁棒控制问题具有更小的保守性.仿真结果显示,新方法在提高控制系统的鲁棒性能和时域指标误差平方积分(ISE)、时间乘误差平方积分(ITSE)方面的优越性.     

Anti-Windup Control Strategy of Drive System for Humanoid Robot Arm Joint

To address the problems of torque limit and controller saturation in the control of robot arm joint,an anti-windup control strategy is proposed for a humanoid robot arm,which is based on the integral state prediction under the direct torque control system of brushless DC motor.First,the arm joint of the humanoid robot is modelled.Then the speed controller model and the influence of the initial value of the integral element on the system are analyzed.On the basis of the traditional anti-windup controller,an integral state estimator is set up.Under the condition of different load torques and the given speed,the integral steady-state value is estimated.Therefore the accumulation of the speed error terminates when the integrator reaches saturation.Then the predicted integral steady-state value is used as the initial value of the regulator to enter the linear region to make the system achieve the purpose of anti-windup.The simulation results demonstrate that the control strategy for the humanoid robot arm joint based on integral state prediction can play the role of anti-wind-up and suppress the overshoot of the system effectively.The system has a good dynamic performance.     

On guaranteed cost control of linear systems with input saturation

This work studies the problem of control design for linear systems with input saturation.It is well known that integral quadratic constraints(IQC) can be used to describe input saturation and that the use of IQC in analysis can lead to less conservative performance bound and larger domain of attraction.In this work,it is shown that a class of commonly used IQCs may not help in control synthesis.That is,the use of these IQCs does not enlarge the guaranteed domain of performance for synthesis.     

二次规划问题的降维算法

对等式约束二次规划问题的线性方程组算法进行了研究。从一般等式约束问题的最优性条件出发,构造一个线性方程组,解此方程组便可求得二次规划问题的最优解。     

协同优化方法的改进及应用

针对协同优化方法在应用中存在的计算困难,分析了导致协同优化方法计算困难的原因,并指出了常用的改进方法。从改进系统层二次相容性约束出发,提出了一种基于系统层动态约束的协同优化方法,新方法改进了系统层约束,能够避免原协同优化中系统层约束导致的计算困难的问题。并首次使用改进的协同优化方法对减速器进行了优化设计。结果表明,改进的协同优化方法具有很高的稳定性、可靠性,并且能够提高求解效率。     

带预处理的半定规划多用户检测器

基于多用户检测问题的二次整数规划模型，提出了一种带预处理的半定规划多用户检测方法．该方法利用预处理方法把多用户检测问题的模型等价为一个规模较小的二次整数规划模型。给出简化模型的半定规划松弛，结合随机扰动方法得到多用户检测问题的次优解．这种方法改善了用户多时半定规划方法误码率高的状况，同时也缩短了直接利用半定规划方法的检测时间．     

应力约束下汽车车架结构的拓扑优化设计

为了得到汽车车架的概念化设计,本文基于独立、连续、映射方法,给出了汽车车架结构的计算机辅助优化设计的有效方法．采用应力全局化策略,将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,建立了以结构质量为目标,应力约束下的汽车车架结构的拓扑优化模型,研究了多工况应力约束下连续体结构拓扑优化问题．另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解．对车架结构的数值分析表明了该方法的可行性与有效性．     

基于约束最小方差基准的模型预测控制性能评价方法

考虑到实际工业过程中存在各种约束,基于模型预测最小方差控制器的设计原理,提出了一种带约束模型预测控制(MPC)性能评价方法。最小方差控制器的最优预测输出采用控制增量进行预测,目标函数采用最优预测输出和控制增量加权的二次型形式,通过求解二次规划(QP)问题获取最优控制律。该方法不仅考虑了控制输入和输出约束,而且考虑了控制增量约束,因此能够更真实地反映模型预测控制系统的性能。在Wood-Berry二元精馏塔上的仿真研究验证了该方法的有效性。     

基于相对精度指标的机器人运动学校准

针对工业机器人在激光切割、弧焊等应用领域对相对精度的指标要求,结合鲁棒的极小极大优化理论,提出基于相对精度指标的运动学结构参数校准方法. 通过最小化3个靶球对应的最差相对定位误差,保障前、后两位型间的相对定向精度,构建包含约束的非线性优化问题;使用二次序列规划方法对原问题进行近似,通过主二元子梯度算法在满足不等式约束的条件下快速搜索局部最优解,实现对由于部件制造和装配等环节引入机器人结构参数误差的辨识. 进行补偿并精度验证后的实验结果表明,六轴机器人IRB2600的相对定位及定向精度分别提升了67.98%和24.32%,七轴机器人IRB14000分别提升了90.61%和74.61%.