鲁棒H∞滤波器在AUV航向控制中的应用仿真

研究设计了一个鲁棒H∞滤波器来解决自治水下机器人（AUV）航向控制系统中部分难以测量状态变量的估计问题，并将其应用在AUV的航向控制系统中．建立了自治水下机器人在体坐标系下水平面运动的运动方程，并在特定的工作点对方程进行了线性化处理，得到了自治水下机器人的控制设计模型．基于线性矩阵不等式（LMI）方法对AUV航向控制系统设计了一个鲁棒H∞滤波器,并对该滤波器应用于AUV航向控制系统进行了仿真试验．仿真结果表明，该鲁棒H∞滤波器能够较好地抑制测量噪声的影响，较准确地估计出系统的状态变量，能够提高AUV航向控制系统的控制品质．     

自治水下机器人深度的鲁棒H∞控制仿真

研究了鲁棒H∞控制在自治水下机器人(AUV)深度控制中的应用.根据刚体空间运动和流体力学理论建立了AUV垂直面运动的数学模型,并在特定的工作点对模型进行了线性化处理得到了AUV垂直面运动的控制设计模型.根据鲁棒H∞控制理论设计了自治水下机器人垂直面运动的深度控制器.仿真结果表明,该控制器在减轻/克服AUV运动模型的不确定性,严重的非线性和外界干扰等方面有明显的效果,具有很好的动态性能,系统的鲁棒性强.     

自治水下机器人全自由度仿真

由于自治水下机器人的复杂性，系统仿真技术变得越来越重要，系统地分析了自治水下机器人（AUV，Autonomous UnderwaterVehicle)的运动模型和空间运动方程，运用MATAB下的SIMULINK，设计了自治水下机器人的全自由度仿真工具箱，包括机器人本体运动，位姿求解和坐标系统转换等多个部分，可以方便地进行控制方法的全自由度的仿真。     

基于自适应神经网络的一类不确定非线性系统的鲁棒H∞控制

针对一类不确定非线性多输入时变系统，提出了一种新的鲁棒H∞控制方案．通过引入2个自适应神经网络逼近器，提出了一个简化的Hamilton—Jaeobi—like不等式，并据此设计了非线性H∞控制器和匹配不确定项补偿控制器，消除了输入摄动项和估计器最优逼近误差的有界性假设．机器人系统的鲁棒跟踪控制仿真算例证实了所提出控制方案的有效性．     

基于特征结构配置和H∞滤波器的H∞鲁棒控制器设计

提出一种基于特征结构配置和H∞滤波器的H∞鲁棒控制器设计方法，首先根据系统时域动态性能要求，采用特征结构配置方法设计出合适的状态反馈增益，然后设计H∞滤波器并进行状态估计；最后加入适当的权函数构成广义对象，并将其构造成反馈形式联接的标准的H∞鲁棒控制器设计问题，该方法不仅可实现系统时域动态响应特性，而且能保证系统的频域性能指标及鲁棒稳定性，通过对悬臂梁振动控制的数值仿真，进一步验证了该方法的有效性。     

小襟翼对自治式水下机器人潜浮运动的影响

无动力大纵倾角的下潜和上浮方式对自治式水下机器人具有很大的意义．但是这种潜浮方式却无法满足自治式水下机器人潜浮位置范围及航向控制的要求．采用在稳定翼上加装小襟翼的方法，即可以解决这一难题．本文介绍了小襟翼对自治式水下机器人无动力潜浮运动轨迹的影响，并通过自治式水下机器人的运动方程，结合“ＣＲ－０１”６０００ｍ自治式水下机器人的深海试验结果，对这一影响作了定性地分析．为通过试验找出最佳小襟翼提供了理论基础     

基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统设计

为了保证机器人能够在保持稳定的情况下,按照规划轨迹执行工作任务,从硬件和软件两个方面,设计了基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统。装设机器人传感器与状态观测器,改装机器人鲁棒滑模跟踪控制器,完成系统硬件设计。综合机器人结构、运动机理和动力机制三个方面,构建机器人数学模型。根据状态数据采集结果与规划轨迹之间的偏差,计算机器人跟踪控制量。依据滑模运动与切换方程,利用Sigmoid函数生成机器人鲁棒滑模控制律,将生成控制指令作用在机器人执行元件上,实现系统的鲁棒滑模跟踪控制功能。实验结果表明,所设计控制系统的机器人移动轨迹与设定轨迹目标基本重合,其机器人姿态角跟踪控制误差较小,具有较好的鲁棒滑模跟踪控制效果,能够有效提高机器人鲁棒滑模跟踪控制精度。     

不确定性直接转矩控制系统

在异步电动机直接转矩控制系统中，由于定子电阻变化及负载扰动的不确定性，导致定子磁链、转子转速和电磁转矩估计不准确，从而影响系统的调速性能.本文基于扩展Kalman 滤波器，引进虚拟噪声补偿技术，然后采用sage 和Husa 噪声统计估值器，构成鲁棒扩展Kalman 滤波器.并将定子电流，定子磁链，转子转速，定子电阻及负载作为状态变量，基于鲁棒扩展Kalman 滤波器进行了大量实验研究.实验结果证实：状态变量能够准确估计，且转矩脉动优于常规的直接转矩控制方案，实现了高性能无速度传感器的直接转矩控制系统.     

H^∞控制在伺服系统中的应用

本文在简要介绍H^∞控制的基础上，提出了应用H^∞控制中混合灵敏度法设计伺服系统的方法。这种方法以系统传递函数的H^∞范数作为性能指标，同时谋求最小的灵敏度函数价值和最小的补灵敏度函数值，从而实现具有鲁棒跟踪特性和鲁棒稳定性的伺服系统。     

非线性迭代滑模的欠驱动AUV路径跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人（AUV）在未知海流干扰作用下的路径跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的路径跟踪控制器。选用一般曲线参数和Serret-Frenet坐标系描述路径跟踪误差,建立AUV水平面路径跟踪误差方程。采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计。仿真实验表明,设计的控制器参数易于调节,可用于实际欠驱动水下机器人来实现对水平面路径的精确跟踪。     

自主水下航行器的鲁棒自适应姿态控制算法

针对自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）在自动巡航任务中的姿态控制问题，提出了一种神经网络与滑模控制相结合的鲁棒自适应姿态控制算法。采用了RBF神经网络对AUV数学模型中的不确定项进行逼近，抑制了未建模动态和参数摄动的影响，进而基于反步法和滑模控制设计了姿态控制律，其中引入鲁棒项以克服外界干扰和神经网络逼近误差，并通过Lyapunov定理证明了控制系统的稳定性。将所设计的控制算法应用在AUV的姿态控制系统中进行数值仿真，验证了该控制算法的有效性和鲁棒性。     

航空发动机四输入四输出H∞控制与仿真

随着对航空发动机性能要求的不断提高,发动机控制系统逐渐发展成为多变量控制系统.为提高静态稳定性和动态品质性能,根据发动机的工作原理确定发动机的四输入四输出变量,并建立航空发动机四变量小偏差状态变量模型,将H∞混合灵敏度设计方法应用于航空发动机多变量控制中,通过加权阵的选取获得了满足性能指标要求的航空发动机H∞鲁棒控制器进行仿真,仿真结果表明,控制系统不仅在标称设计点满足各项性能指标要求,且在整个飞行包线内具有鲁棒稳定性和鲁棒性能.     

基于L2干扰抑制的水下机器人三维航迹跟踪控制

为实现自治水下机器人(AUV)的三维航迹跟踪控制,考虑了非线性水动力阻尼对AUV系统的影响和外界海流干扰作用,提出了基于L2干扰抑制的鲁棒神经网络控制方法.该方法基于李雅普诺夫稳定性理论,设计神经网络控制器补偿非线性水动力阻尼和外界的海流干扰,再将神经网络的估计误差当做AUV系统的外部干扰用L2干扰抑制控制器予以消除.最后针对某AUV进行了螺旋线三维下潜跟踪控制仿真实验,结果表明设计的控制器可以较好地克服时变非线性水动力阻尼对系统的影响,并对外界海流干扰有较好的抑制作用,可以实现AUV三维航迹的精确跟踪.     

无人机侧向运动H_∞控制器设计及仿真

研究了鲁棒控制中H_∞状态反馈方法在无人机侧向控制律设计中的应用;建立了无人机侧向运动的小扰动方程,根据控制目标选取了合适的广义状态变量,建立了广义被控对象,应用matlab鲁棒控制工具箱中线性矩阵不等式(LMI)的求解方法设计了系统H_∞状态反馈控制器,并进行了数字仿真验证;以无人机侧向运动中滚转控制通道的H_∞鲁棒控制器设计为例,给出设计过程及仿真结果;与PID控制器的控制效果进行比较,说明控制器能够使系统有更好的动态和稳态性能,且比PID控制器对外界噪声干扰有较好的抑制作用,现已成功应用于某型无人机。     

倾转旋翼机平均驻留时间切换鲁棒H∞跟踪控制

针对倾转旋翼飞行器模态转换阶段的飞行控制问题,本文给出了倾转旋翼机纵向运动飞行控制系统模型和一种基于参考模型的鲁棒跟踪控制方法.为了保证闭环系统在切换过程中稳定并同时满足指定的鲁棒H∞性能指标,利用状态观测器对系统不可观测状态进行估计,结合模型依赖平均驻留时间方法提出了一种倾转旋翼机切换鲁棒H∞跟踪控制方法,通过求解线性矩阵不等式得到控制器增益,并分析了系统的鲁棒稳定性.仿真结果表明,所提出的方法能够使飞行器系统准确跟踪指令,且对于控制器切换具有鲁棒性.     

基于前视声纳信息的AUV局部路径规划研究

针对水下环境的不确定性,建立了前视声纳的视域模型。主要采用强化学习的方法对自治水下机器人(AUV)进行控制和决策,综合Q学习算法、BP神经网络法、人工势场法对AUV进行局部路径规划。在AUV与环境的试错交互中,借助于来自成功与失败经验的奖励和惩罚值,不断改进水下机器人的自治能力。并设计了AUV局部路径规划器,实现AUV在不确定环境下的避障任务。半实物仿真证明了算法的可行性与可靠性。     

一类时滞LPV 系统的鲁棒故障检测

研究一类具有参数依赖时滞的线性参数变化系统的鲁棒故障检测问题，使残差信号和故障信号之问的误差最小，同时提高残差信号对控制输入和未知输入信号的鲁棒性．基于依赖于时变参数的滤波器构造残差产生系统，利用H∞控制理论将故障检测滤波器的设计归结为H∞滤波问题，应用线性矩阵不等式技术得到了此类系统鲁棒故障检测滤波器存在的充分条件．数值仿真表明所提方法是可行的．     

联合H∞滤波算法及其在组合导航系统中的应用研究

针对联合卡尔曼滤波器对系统模型和系统噪声先验知识依赖性过强的局限性，基于H∞滤波对系统模型和噪声等不确定性因素具有极强的鲁棒性能的特点，介绍了一种H∞滤波的分散化技术，并在此基础上提出了联合H∞滤波算法，给出了信息分配方式，并对其性能作了详细的分析．指出该算法能有效解决局部滤波器测量更新之间的相关性问题。对MIMU／GPS／HMR组合导航系统进行了计算机仿真，仿真结果表明，该联合H。滤波算法虽然不是最优的，但是其状态估计精度仍然要优于分散H∞滤波器的估计精度。     

自主式水下航行器三维路径跟踪的神经网络H∞鲁棒自适应控制方法

本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题. 针对此问题, 首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型. 其次, 在控制器设计中运用神经网络H∞鲁棒自适应算法克服了模型的不确定性及扰动, 同时在控制器设计中利用了主导输入的思想, 降低了闭环系统的复杂度, 减少了实时计算工作量, 便于工程应用. 基于Lyapunov理论的分析保证了系统的稳定性. 仿真结果表明, 路径跟踪控制律可以保证AUV沿期望路径运动, 并且具有良好的动态性能.     

喷水推进式水面机器人H∞鲁棒航向跟踪控制

针对水面机器人(unmanned surface vehicle, USV)航向跟踪容易受到风、浪与水流干扰影响的问题,提出了一种基于线性变参(linear parameter varying, LPV)模型的H_∞鲁棒航向跟踪控制器.首先从水动力学机理出发,提出了基于速度变参的LPV模型.然后基于提出的速度变参LPV模型,利用线性矩阵不等式设计了USV的H_∞鲁棒航向控制器,用以抵抗风、浪与水流对机器人的影响.最后,在自主研发的3自由度欠驱动喷水推进式USV平台上进行了实验.实验结果表明,控制器可以实现鲁棒的航向跟踪控制.