具有非线性不确定参数的电液伺服系统自适应backstepping控制

针对电液伺服系统中存在非线性不确定参数的问题,提出了一种采用积分型Lyapunov函数的自适应backstepping控制方法.首先定义积分型Lyapunov函数,将电液伺服系统中的非线性不确定参数转化为线性表示;然后逐步递推设计backstepping控制器,同时在控制律中加入阻尼项,从而补偿外界干扰对控制性能的影响;基于Lyapunov稳定性方法,设计了参数自适应律,并且在自适应律中引入充分光滑投影算子,实现对电液伺服系统中不确定参数漂移的抑制作用.搭建了AMESim与MATLAB的联合仿真平台,对所设计的自适应backstepping控制器进行仿真,作为对比,设计了不带有非线性参数估计的自适应backstepping控制器和PID算法.仿真表明,本文所设计的控制器具有良好的跟踪性能和补偿非线性不确定参数变化的能力.     

具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制

针对具有非线性、参数不确定性及输入饱和问题的电液伺服位置系统,提出了一种自适应动态面控制器的设计方法.该方法充分考虑饱和特性,利用双曲正切函数和辅助控制信号对系统非线性模型进行等价变换,进而采用动态面方法设计抗饱和控制器.设计过程中引入Nussbaum函数,以补偿输入饱和引起的非线性项.通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统的所有信号一致最终有界.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪效果,并有效地削弱了输入饱和对系统造成的不良影响.     

电液伺服系统的多滑模鲁棒自适应控制

针对一类参数与外负载非匹配不确定的非线性高阶系统,提出了一种基于逐步递推方法的多滑模鲁棒自适应控制策略.应用逐步递推的多滑模控制方法简化了高阶系统的控制问题,同时在自适应控制中加入鲁棒控制的方法,以消除不确定性对控制性能的影响.首先利用逐步递推方法与状态反馈精确线性化理论,得出确定系统的多滑模控制器设计方法;然后基于Lyapunov稳定性分析方法,给出不确定系统的参数自适应律,及鲁棒自适应控制器的设计方法.本文把该控制策略应用到电液伺服系统的位置跟踪控制中,仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪效果.     

自治飞艇直接自适应模糊路径跟踪控制

针对具有模型不确定和未知外部干扰的自治飞艇, 提出了直接自适应模糊路径跟踪控制方法. 该方法由路径跟踪控制和自适应模糊控制两部分组成. 首先基于飞艇的平面运动模型设计路径跟踪控制律, 包括制导律计算、偏航角跟踪和速度控制3 部分; 然后构造直接自适应模糊控制器逼近路径跟踪控制律中的不确定项. 稳定性分析证明所设计的控制律能使飞艇跟踪给定的期望路径, 跟踪误差收敛到原点的小邻域内. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

卫星姿态直接自适应模糊预测控制

对具有模型不确定性和未知外干扰的卫星姿态系统提出了多输入多输出直接自适应模糊预测跟踪控制设计方法. 此方法先基于卫星姿态动力学模型设计出非线性广义预测控制律, 再构造直接自适应模糊控制器逼近预测控制律中因模型不确定性引起的未知项. 文中证明了所设计的控制律能使卫星跟踪给定的期望姿态轨迹, 跟踪误差收敛到原点的小邻域内. 仿真结果验证了此方法的有效性.     

电液伺服系统多项式非线性建模与控制一体化设计

常规电液伺服系统PID控制无法克服非线性因素影响,存在跟踪准确性和鲁棒性问题.因此,本文提出电液伺服系统多项式非线性H_∞控制律设计方法,改进电液伺服系统的控制性能与鲁棒性.首先利用多项式非线性模型对电液伺服系统进行系统辨识,得到以误差作为状态变量的多项式非线性模型;然后设计多项式非线性控制律,证明所提出控制律可以保证系统从干扰至控制输出L₂增益小于等于设定值,并且在系统干扰为零时保证误差全局渐进收敛,同时给出了控制律的求解方法.最后对提出的控制律进行实验验证.实验结果表明:相较于常规PID控制,多项式非线性控制律能够改善实验台伺服缸控制过程的瞬态响应,具有更好的抗干扰能力.本文提出的设计方法为非线性H_∞控制在电液伺服系统控制领域的实际应用提供了可行方案.     

挠性卫星姿态跟踪自适应L2增益控制

针对在轨挠性卫星姿态跟踪时存在参数不确定、外部干扰以及控制输入受限等问题,提出了一种自适应L2增益控制方法.首先利用神经网络来逼近系统中的未知非线性动态特性,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数:其次设计了一鲁棒控制器使得干扰力矩对系统性能输出具有L2增益,从而实现对干扰的抑制控制.最后通过引入附加的输入误差系统,...     

输入受限四旋翼飞行器的模糊自适应动态面轨迹跟踪控制

针对输入受限条件下四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在模型动态不确定和未知外界干扰的情况,提出一种模糊自适应动态面轨迹跟踪控制方法.该方法设计干扰观测器估计位置模型中复合扰动项,利用模糊系统逼近姿态模型中不确定项和外界干扰,并引入双曲正切函数和辅助系统处理输入受限问题,结合反演法和动态面技术设计轨迹跟踪控制器,以降低控制算法的复杂性,最后选取李雅普诺夫函数证明闭环系统所有信号一致最终有界.应用大疆M100飞行器模型进行仿真验证,结果表明所设计的控制器能够有效处理模型动态不确定和未知外界干扰问题,避免飞行器工作过程中因输入饱和导致执行器失效现象,精确地完成轨迹跟踪控制任务.     

具有未知负载扰动的水井钻机电液伺服系统无模型自适应控制

针对电液伺服系统在水井钻机推进工况下存在的参数不确定以及未知负载扰动突变等非线性因素,提出了基于径向基(RBF)神经网络扰动观测器的无模型自适应控制方法.首先,通过改进的无模型自适应控制动态线性化方法,将被控系统线性化为与输入输出相关的增量形式,并将未知负载扰动合并到一个非线性项中;然后,设计了径向基神经网络扰动观测器对含有未知负载扰动的非线性项进行估计,作为对未知扰动的补偿;最后,设计了时变参数估计律,通过在线调整伪偏导数,给出了电液伺服系统的控制更新律.仿真结果表明,所设计的控制器能够对未知负载扰动突变进行补偿,并能确保跟踪误差有界收敛.     

Robust adaptive controller with disturbance observer for vehicular radar servo system

In vehicular radar servo system, parameter variations of the executive motor and external disturbance uncertainties have great effects on the position tracking precision of the system. In this paper, a robust adaptive controller with disturbance observer is designed for vehicular radar servo system, which combines the merits of disturbance observer, adaptive backstepping method and sliding mode control. The system is modeled, and a disturbance observer is employed to observe and compensate for the unknown uncertainties. Adaptive backstepping method is used to design the sliding model controller to guarantee the global stability of the overall system. Simulation results show that the proposed robust adaptive controller has good performance in position tracking and enhances the robustness of vehicular radar servo system while observing the uncertainties precisely and quickly.     

基于自适应模糊PID控制的太阳光跟踪伺服系统

针对太阳光跟踪伺服系统中传统PID控制过程中的一些问题,通过对自适应模糊PID控制系统的分析,设计了一种双轴跟踪伺服系统自适应模糊PID控制器,同时在Simulink环境中建立了方位角跟踪传动机构仿真模型并完成了仿真。仿真结果表明,太阳光跟踪伺服系统自适应模糊PID控制器较传统PID控制器具有较强的稳定性、适应性与鲁棒性,在太阳光跟踪伺服系统控制领域具有重要的实用价值与应用空间。     

The research of adaptive sliding mode controller for motor servo system using fuzzy upper bound on disturbances

Considering sliding mode control (SMC) method using the estimation of upper bound on disturbances in motor servo system, if the upper bound is underestimated, the position tracking precision is poor. Contrarily, the control input is overlarge and even chatters violently. To solve the above problems, an adaptive sliding mode controller (ASMC) is proposed. It utilizes a fuzzy decision maker (FDM), which exports the estimation of upper bound on disturbances according to the information of position tracking error and control input. The computer simulations on a dc motor present that the proposed method guarantees satisfactory position tracking accuracy and the chattering at control input is evidently suppressed. Moreover, the output of FDM is sensitive to the changes of disturbances realtimely and precisely. Subsequently, the proposed scheme possesses strong robust performance against disturbances in motor servo system.     

多伺服电机智能化协调容错轨迹跟踪控制系统设计

针对一类具有执行器、传感器故障的多伺服电机控制系统,设计了相应的多伺服电机智能化协调容错轨迹跟踪控制系统.首先,提出了一种新结构的分布式中间估计器,修改了其设计结构,提高了估计方案的可行性.其次,通过在线强化学习估计策略,可以显著提高估计性能,其核心是自适应切换机制与源故障模式定位功能块的集成,并根据估计值设计了协调容错轨迹跟踪控制器.同时,设计了可视化人机交互操作界面,可将伺服电机的实时位置、速度、相应的位置、速度估计值及控制性能等信息反馈至监控中心.操作人员可随时调节伺服输入,完成任务调整,可有效提升系统实用性.多伺服电机控制系统的实验结果验证了所提方法的有效性及优越性.     

一种非线性多环递归自适应跟踪控制

针对控制输入有界的变参数广义高阶非线性系统跟踪控制问题,给出一种多环递归跟踪的鲁棒控制方法.通过分层引入虚拟跟踪器,将高阶系统分解为多个独立子系统;内环虚拟跟踪器使内环输出指数收敛于外环虚拟输入,最内环设计自适应控制器补偿参数摄动和外部干扰,并保证输出指数收敛于外环虚拟输入;多环递归跟踪实现系统输出精确跟踪期望输入,理论证明闭环系统的全局渐近收敛性.数值仿真验证了多环跟踪控制器的可行性和合理性.     

Robust adaptive tracking control for servo mechanisms with continuous friction compensation

In this paper, a robust adaptive tracking control scheme is developed for servo mechanisms with nonlinear friction dynamics. A continuously differentiable friction model is used to capture the friction behaviors (e.g. Stribeck effect, Coulombic friction and Viscous friction). The robust integral of the sign of the error (RISE) feedback term is employed to design an innovative adaptive controller to compensate nonlinear friction and bounded disturbances. To reduce the effect of noise pollution, the desired trajectory is employed to replace the output signal in controller design. The developed adaptive controller can guarantee the asymptotic tracking performance for nonlinear servo mechanisms in the presence of nonlinear friction and bounded disturbances. Comparative experimental results are used to validate the effectiveness of the developed control algorithm.     

PID控制在火箭炮伺服系统中的仿真实现——改进的专家自适应PID控制

针对传统PID（Proportional-Integral-Derivative）控制无法兼顾部分系统的静态性能和动态性能,结合专家PID控制原理,提出了一种改进的专家自适应PID控制器的设计方案,对某火箭炮伺服系统进行仿真跟踪。给出了伺服系统的分析设计过程,利用MATLAB/Simulink完成了改进的专家自适应PID控制器在某伺服系统中的仿真应用,得到了良好的跟踪特性图,说明了该方法的有效性。     

Adaptive neural network asymptotical tracking control for an uncertain nonlinear system with input quantisation

In this paper, the problem of adaptive neural network asymptotical tracking is investigated for a class of nonlinear system with unknown function, external disturbances and input quantisation. Based on neural network technique, an adaptive asymptotical tracking controller is provided for an uncertain nonlinear system via backstepping method. In order to reduce complexity of the control algorithm in the backstepping design process, a sliding mode differentiator is employed to estimate the virtual control law and only two parameters need to be estimated via adaptive control technique. The stability of the closed-loop system is analysed by using Lyapunov function method and zero-tracking error performance is obtained in the presence of unknown nonlinear function, external disturbances and input quantisation. Finally, an application example is employed to demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.