不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统, 提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法. 首先, 利 用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统, 然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器. 提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度, 其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上, 用来 估计系统的状态和总和扰动, 动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律, 系统动态位于最慢的 时间尺度上. 利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能. 提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增 益不确定的仿射非线性系统. 仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.     

一阶惯性大时滞系统Smith预估自抗扰控制

大时滞系统是工业过程控制中的典型难题,将先进控制方法应用于大时滞系统时需要与传统的Smith预估器相结合才能获得理想的控制效果。针对一阶惯性大时滞系统,研究了Smith预估器与线性自抗扰控制技术相结合的设计问题,分析了系统的稳定条件和参数摄动问题。证明了当被控对象参数与Smith预估器参数相同时,闭环控制系统稳定的结论,同时推导了参数不同时控制系统稳定的一个充分条件。另外基于数值仿真,从暂态性能、稳定裕度和抗扰能力三方面分析了系统参数和控制参数摄动的影响作用,这些结果可用于Smith预估器和线性自抗扰控制器参数的整定。     

线性自抗扰控制参数整定鲁棒性的根轨迹分析

从极点配置和根轨迹的角度研究了二阶线性定常对象的线性自抗扰控制.提出一个新传递函数框图.基于该框图,将线性自抗扰控制的参数整定解释为闭环极点配置问题,控制器带宽、观测器带宽等参数的整定被看作开环极、零点位置的选择.建议用根轨迹法研究线性自抗扰控制的鲁棒性.通过分析根轨迹定性说明了观测器带宽可以等于控制器带宽,以及线性自抗扰控制对被控对象参数变化的鲁棒性.     

内模控制框架下时延系统扩张状态观测器参数整定

作为一种有效的控制设计方法, 自抗扰控制研究获得了广泛关注, 然而针对自抗扰控制器的参数整定方法则相对较少. 本文针对一阶惯性加延迟系统, 将线性自抗扰控制转化为内模控制结构, 导出了其中控制器、滤波器、乘性不确定性、互补灵敏度函数的对应表达式, 随后, 利用频域鲁棒稳定性判据, 分析了自抗扰控制器核心—–扩张状态观测器的参数对闭环系统稳定性的影响. 基于该分析, 总结出一阶惯性加延迟系统扩张状态观测器的两条参数整定准则. 数值仿真结果验证了该整定准则的有效性.     

高阶线性自抗扰控制器的性能评估

以二阶系统为研究对象,在线性扩张观测器(LESO)的基础上,给出高增益形式的高阶LESO.基于高阶线性自抗扰控制器(HLADRC)二自由度闭环传递函数和频域特性曲线,证明了其状态估计误差的收敛性以及高阶线性自抗扰控制器的稳定性.同时,系统地分析了输入增益和模型参数不确定性对稳定鲁棒性的影响,推导出满足系统稳定条件的参数??的稳定域以及系统干扰抑制动态特性与带宽的关系.最后,通过与线性自抗扰控制器(LADRC)的对比仿真表明, HLADRC在干扰抑制方面具有很大的优势,而LADRC在稳定鲁棒性和控制品质方面具有更好的效果,从而为工程设计提供了理论依据和实践参考.     

一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制

为解决一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制器设计过程中面临的阶次选择问题,本文从系统特性、频域等角度,分析自抗扰框架中“积分器串联结构”与轻载电液位置伺服系统之间的内在联系,得到轻载电液位置伺服系统在自抗扰控制框架下是本质“一阶”系统的结论,从而合理设计了1阶线性自抗扰控制器.在此基础上,提出了有效的控制器参数整定方法,并分析了闭环系统的稳定性.仿真和试验结果表明,与高阶相比1阶线性自抗扰控制器可以更好地控制动态过程较快、负载较轻的惯性负载电液位置伺服系统,为自抗扰控制在液压伺服领域的工程应用提供了参考.     

时滞系统的自抗扰控制综述

时滞系统的控制一直是具有挑战性的普遍问题, 而自抗扰控制思想近年来被广泛地应用于时滞系统中. 在简要概述自抗扰控制原理的基础上, 介绍了应用自抗扰控制思想解决时滞系统问题的常用设计方法, 总结了自抗扰控制器的参数整定方法. 最后, 对今后的进一步研究进行了展望.     

线性自抗扰控制的适用性及整定

线性自抗扰控制将被控对象看成串级积分系统,把其他信息都当成不确定性.这种处理方法简单,但是对什么样的系统有效,目前还没有理论给出确定的答案.本文证明任何带有积分行为的严格正则传递函数都可以由线性自抗扰控制的反馈控制器等价实现,从而表明线性自抗扰控制具有广泛的适用性,即只要其他线性控制方法能够控制的系统,线性自抗扰控制同样可以适用.为简化线性自抗扰控制器参数整定,本文针对工业过程中广泛存在的PID控制器,提出将PID参数转化为二阶自抗扰控制参数的方法.该方法转化的线性自抗扰参数以带宽形式表示,从而保留了传统线性自抗扰简单易调的特性,为线性自抗扰控制在工业过程的应用准备了基础.     

不确定变时滞中立型系统的指数稳定H∞控制

针对一类不确定变时滞中立型系统,基于Lyapunov稳定性理论,采用线性矩阵不等式(LMI)处理方法,研究了其指数稳定H∞控制问题。对所有参数不确定性和时变时滞性,设计线性无记忆状态反馈控制器,使得闭环系统是指数稳定的且满足给定的H∞性能指标。首先讨论无扰动闭环系统的指数稳定性,在此基础上,得到了系统具有H∞性能指标的充分条件。并将其转化为线性矩阵不等式的形式,从而可以很方便地利用Matlab工具箱进行求解。最后给出算例验证结论的有效性。     

高阶大惯性系统的线性自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器在热力系统高阶大惯性过程控制中效果不佳的问题,提出一种利用高阶系统模型信息进行补偿的自抗扰控制器设计方法.基于理论分析,给出各可调参数的物理意义及其定量化参数整定方法,并从观测误差、开环频率特性和参数稳定域等方面分析补偿自抗扰控制器能够提高控制效果的原因.仿真对比实验和鲁棒性检验结果表明,所提方法在设定值跟踪、抗扰能力和性能鲁棒性方面均优于PI/PID,同时能够显著改善低阶自抗扰控制器对高阶大惯性过程的控制效果,具有很好的工程推广潜力.     

一类非线性状态时滞系统的基于采样控制器的渐近稳定问题

针对一类含有状态时滞的非线性系统,利用采样控制方法研究其渐近稳定问题.解决这一问题的关键在于对系统时滞的处理,以及对由于采样方法而产生的状态增长误差进行估计.由于所考虑的时滞是常时滞,可以利用分割方法对系统时滞进行分割,将时滞划分成与采样时间长度相同的数个时间区间,并基于这种分割,通过数学归纳法对系统状态增长误差进行估计.通过坐标变换引入一个比例增益压制系统的非线性项,然后设计含有比例增益的状态采样观测器和采样控制器,结合非线性时滞系统的Lyapunov泛函方法分析闭环系统的稳定性,最终确定比例增益和采样时间需要满足的条件,以保证闭环系统的渐近稳定性.最后通过数值例子表明所用研究方法以及所得研究结果是有效的.     

Nonfragile guaranteed cost control for Delta operator-formulated uncertain time-delay systems

With consideration that the controller parameters may vary from the designed value when the controller is realized, based on Lyapunov stability theory, a design method of nonfragile guaranteed cost control for a class of Delta operator-formulated uncertain time-delay systems is studied. A sufficient condition for the existence of the nonfragile guaranteed cost controller is given. A numeric example is then given to illustrate the effectiveness and the feasibility of the designed method. The results show that even if the parameters of the designed controller are of variations, the closed-loop system is still asymptotically stable and the super value of the cost function can also be obtained, while the closed-loop system will be unstable if the variations of the controller parameters are not considered when the controller is designed. The nonfragile guaranteed cost controller derived from the traditional shift operator method may cause the closed-loop system to be unstable, while the nonfragile guaranteed cost controller based on Delta operator method can avoid the unstable problem of the closed-loop system.     

线性定常时滞系统的鲁棒控制

在建立线性定常时滞系统模型的基础上,给出了时滞系统是独立鲁棒稳定的条件,并利用Lyapunov理论给予一些定理的证明,同时设计出了使闭环系统时滞独立鲁棒稳定的状态反馈控制器（即时滞独立鲁棒镇定问题）,最后给出的一个数值例子中用Matlab编程求出了符合条件的正定矩阵和控制律,从算例结果验证了所得出的结论。     

PI tracking control for nonlinear time-varying delay Markov jump systems

This paper considers robust stochastic stability and PI tracking control problem for Markov jump systems with both input delay and an unknown nonlinear function. Based on the traditional PI control strategy, a new controller design scheme is proposed for nonlinear time-delay Markov jump systems which can realize multiple control objectives including robust stochastic stability and tracking performance. By using the Lyapunov stability theory and LMI algorithms, a sufficient condition for the solution to robust stochastic stability and tracking control problem is obtained. Then, the desired controller with PI structure is designed, which ensures the resulting closed-loop system is robust stochastically stable and the system state has favorable tracking performance. Finally, a numerical example is provided to illustrate the effectiveness of the proposed results.     

Impulsive controller design for singular networked control systems with packet dropouts

This paper considers the problem of impulsive time-delay control for singular networked impulsive control systems(SNICSs) and uncertain SNICSs both with network-induced delay and packet dropouts. The parameter uncertainty is assumed to be norm bounded. The problem to be addressed is the design of robust impulsive time-delay feedback controllers such that the exponential stability of the resulting closed-loop system is guaranteed for admissible uncertainties. By applying Lyapunov function theory and Halanay Lemma, impulsive time-delay controller is derived through solving LMIs. Numerical examples are provided to demonstrate the application of the proposed method.     

一类具有连续分布时滞的分布参数系统的反馈控制

针对一类同时具有变时滞和连续分布时滞的分布参数系统的状态反馈控制问题进行了研究,通过选择适当的Lyapunov-Krasovskii函数,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,得到了变时滞闭环系统渐近稳定的一个充分条件.设计了无记忆的状态反馈控制器,使得在一个正定矩阵存在的条件下,闭环系统是可镇定的,从而得到了常时滞分布参数系统可镇定的一个推论.最后,通过一个数值仿真例子说明了所给出设计方法的可行性和有效性.     

On robustness of predictor feedback control of linear systems with input delays

This paper is concerned with the robustness of the predictor feedback control of linear systems with input delays. By applying certain equivalent transformations on the characteristic equation associated with the closed-loop system, we first transform the robustness problem of a predictor feedback control system into the stability problem of a neutral time-delay system containing an integral operator in the derivative. The range of the allowable input delay for this neutral time-delay system can be computed by exploring its delay dependent stability conditions. In particular, delay dependent stability conditions for the neutral time-delay system are established by partitioning the delay into segments. The conservatism of this method can be reduced when the number of segments in the partition is increased. Numerical examples are worked out to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于事件触发的神经网络控制器稳定性分析

针对非线性系统稳定性问题,设计了基于事件触发的神经网络控制器来稳定非线性系统,控制器只有在触发规则满足的条件下,才更新控制参数,降低了网络传输率。算法开始先建立非线性系统模型,在采样过程中引入事件触发机制,并且设计了神经网络控制器,对于系统中包含的传输时滞,引入系统时滞模型,运用输入延迟法将同步控制器求解问题转化为时滞系统的稳定性问题。再通过构造分段Lyapunov-Krasovskii泛函并结合Jensen不等式,给出了非线性系统稳定条件。与传统数据采样系统相比,本文所提出的方法有效地增大了采样间隔,结尾通过例子仿真验证了所提出方法的有效性。