输入饱和下的非线性积分系统的全局有限时间镇定

针对一类非线性积分系统, 利用有限时间控制技术, 提出了一种输入饱和情况下的全局有限时间控制方案. 首先, 基于有限时间 Lyapunov 稳定性理论, 设计镇定系统的全局有限时间递归控制器. 然后,将该递归控制器与饱和函数结合得到饱和控制器. 数学上严格证明了在该饱和控制器的作用下, 闭环系统满足全局有限时间稳定性. 仿真结果验证了该方法的有效性.     

含模型不确定性的上三角非线性系统的全局镇定

本文针对一类具有模型不确定性的上三角非线性系统,利用嵌套饱和函数方法研究其全局镇定问题.首先,对系统中存在的未知幂指数、未知控制参数和不确定性非线性函数施加适当假设,并基于Lyapunov稳定性定理利用已知的参数设计局部镇定控制器.然后,将设计的控制器与饱和函数结合得到饱和控制器.通过适当选取饱和度,可以证明只要不确定参数在限定的范围内,该控制器都能够使得闭环系统全局渐近稳定.最后,选取不同的系统幂指数搭建数值仿真算例.在相同的控制器作用下,系统状态和控制轨迹渐近收敛至原点,从而验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性.     

改进的Backstepping在移动机器人轨迹跟踪中的应用

以四轮移动机器人的运动学模型为研究对象,基于BackStepping的设计思想,通过构造一种简单的中间虚拟反馈变量,同时结合Lyapunov直接法设计了一种移动机器人轨迹跟踪控制律,并证明了系统在设计控制律下的全局稳定性;但控制律中含有未知参数,不同的参考轨迹都要重新调节才能达到良好的跟踪效果,因此利用极点配置的方法对这些参数进行了优化整定,从而保证了控制器的自适应性;文中以直线和圆为参考轨迹做了仿真实验;仿真结果表明该算法具有快速,精确,全局稳定的良好特性。     

基于人工蜂群算法的无人直升机LQG/LTR控制律优化设计

针对无人直升机线性二次型高斯/回路传输恢复(LQG/LTR)飞行控制律设计中加权矩阵的选定问题, 提出一种基于人工蜂群算法优化控制器加权矩阵的方法. 采用LQG/LTR控制方法设计无人直升机的内外环自主飞行控制系统; 利用蜂群算法的全局寻优能力, 通过最小化性能指标对状态反馈控制器进行优化; 在系统噪声和阵风的干扰下, 对该无人直升机飞行控制系统进行轨迹跟踪仿真. 研究结果表明, 该优化设计方法提高了控制器的设计效率, 优化后的控制器的跟踪性能和鲁棒性有了明显提高.     

基于T-S模型的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对带有执行机构饱和约束与外部干扰的轮式移动机器人,提出了一种基于T-S模糊模型的轨迹跟踪方法.利用机器人运动特性和参考轨迹建立轨迹跟踪的误差系统并将其作T-S模型描述.通过求解具有LMI约束的半定规划问题,对每个线性子系统单独设计满足控制约束与H∞性能约束的状态反馈控制器,并在PDC(动态平行分配补偿)设计框架下构建全局控制器,最后证明闭环系统的李雅普诺夫稳定性.仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

4WD-4WS型床椅一体化机器人室内定位与点镇定控制研究

以床椅一体化机器人为研究对象,通过设计相应的运动控制器,并结合所搭建的组合导航定位测控系统,实现了室内环境下的点镇定控制;首先,设计了一种四轮转向-四轮驱动模式的全向床椅机器人样机,并对其运动学进行分析;其次,通过不连续坐标变换,用极坐标形式表示当前位姿与目标位姿间的全局控制误差,并选取合适的位姿误差变量对系统模型进行描述,设计出一种基于位置闭环的全局反馈控制器;继而,根据控制器的需要,设计搭建基于卡尔曼滤波的IMU/UWB组合导航定位系统,实现床椅一体化机器人的全局实时精确定位;最后,采用Lyapunov函数法,对所设计控制器中的控制律进行稳定性分析;MATLAB仿真实验与现场实验均表明所设计的点镇定方法控制效果良好。     

基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制

针对船舶直线航迹控制的非线性特性,设计一种基于输入输出线性化的自适应模糊滑模控制器,并利用Lyapunov理论,证明该系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定,Simulink仿真结果表明,所设计控制器能够有效抑制常规滑模所固有的稳态抖振现象,且在参数摄动及风浪干扰下具有强鲁棒性,较好的实现了对设定航迹的跟踪。     

船舶航迹控制鲁棒自适应模糊设计

研究了船舶直线航迹控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将Nussbaum增益技术融入Backstepping设计方法之中,利用模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出一种鲁棒自适应模糊控制算法.该算法保证了闭环系统的信号是一致最终有界的,使得系统输出收敛到零的一个较小邻域,从而能够实现船舶的直线航迹控制;而且,该算法不需要高频增益符号的任何信息,还解决了可能存在的控制器奇异值问题.计算机仿真结果验证了控制器的有效性.     

基于免疫模糊PID的小型农业机械路径智能跟踪控制

为实现复杂环境下小型农业机械田间作业时的路径跟踪控制,提出了基于免疫模糊PID(比例-积分-微分)的智能路径跟踪控制方法.首先,路径跟踪控制被分解为自动直线导航和自动转向控制任务,并分别构建了能够实现自动导航的模糊控制器和基于免疫模糊PID控制的自动转向方法.该设计在无人驾驶高速插秧机硬件系统基础上,开发了基于双激光源定位技术、电子罗盘和角度传感器的自动导航控制系统.其次,根据自动导航控制系统构造和工作原理,提出了直线和曲线路径跟踪的方法.最后,利用Matlab/Simulink仿真平台和插秧机的运动学模型对所设计的路径跟踪控制原理和模糊控制器进行了有效性验证,同时完成了包括直线和曲线的路径跟踪试验.当插秧机以1 m/s的速度进行直线跟踪时,最大跟踪偏差只有4 cm,平均跟踪偏差为0.84 cm;当以同样的速度做曲线跟踪时,曲线路径跟踪时的最大偏差为0.6 m,平均跟踪偏差控制在12 cm以内.仿真和试验结果表明,该套控制系统能够有效地控制无人驾驶高速插秧机按预定路径行走.     

带执行器饱和的柔性关节机器人位置反馈动态面控制

针对带有执行器饱和的柔性关节机器人系统,提出一种位置反馈动态面控制,以实现机器人连杆的角位置跟踪.在一般动态面控制的设计框架下,设计观测器重构系统未知速度状态,利用径向基函数神经网络学习饱和非线性特性,结合“最小参数学习”算法减轻计算负担.通过Lyapunov方法证明得出闭环系统所有信号半全局一致有界,跟踪误差可以通过调节控制器参数达到任意小.仿真结果表明,控制系统能够克服外界干扰,有效补偿系统存在的执行器饱和,实现柔性关节机器人的准确跟踪控制.该方法避免了传统反演设计存在的“微分爆炸”现象,简化了设计过程.     

A further result on global stabilization of oscillators with bounded delayed input

This note revisits the problem of globally stabilizing an oscillator with a bounded delayed input. It establishes that an oscillator with input saturation can be globally asymptotically stabilized by a linear state feedback even in the presence of an arbitrarily large delay in the input. This result strengthens a recent result in the literature, which shows that such an oscillator can be globally asymptotically stabilized with a sufficiently small control input and the magnitude of the control input goes to zero as the delay increases to infinity. The controller constructed in this note thus improves the efficiency of the closed-loop system by fully utilizing the actuator capacity.     

Global decentralised stabilisation for a class of uncertain large-scale high-order upper-triangular nonlinear systems

This paper considers the global decentralised stabilisation problem for a class of uncertain large-scale high-order upper-triangular nonlinear systems. First, a local linear decentralised controller is recursively constructed based on the generalised homogeneous system theory and the adding a power integrator method. Second, aiming for global stabilisation, a series of nested saturation functions are integrated with the proposed local linear decentralised controller. Then, it is proved that the obtained decentralised saturated controller will render the whole closed-loop system globally asymptotically stable. Due to the flexibility of the generalised homogeneous method, the proposed control approach not only weakens the existing restrictions imposed on the interconnected nonlinearities, but also can be applied to a more general class of upper-triangular nonlinear systems. Furthermore, two simulations examples are conducted to show the effectiveness of the proposed control scheme.     

一类具有执行器饱和的非线性系统抗饱和方法研究

针对一类具有执行器饱和的非线性控制系统, 提出了一种双环路的动态抗饱和补偿方案, 为执行器输出受限的非线性系统提供了新思路. 与现有结果相比, 所提方案能更好地改善闭环系统控制性能. 考虑执行器饱和约束, 通过优化执行器饱和发生前后控制器的状态误差的积分性能指标, 综合设计一类同时包含传统抗饱和及延迟抗饱和补偿器两个环路的改进抗饱和补偿器, 这类补偿器有效地抑制了饱和现象对控制器的影响, 从而降低了执行器饱和对控制系统性能的影响. 当系统存在高饱和度现象时, 利用该双环路抗饱和补偿器, 可以最大程度弱化饱和对系统性能的影响. 最后, 利用输入状态稳定 (Input state stability, ISS) 定理分析和证明了该闭环系统全局一致有界稳定. 并通过舵机执行器受约束的舵减横摇系统的仿真试验, 验证了该方案的有效性及优越性.     

惯性轮倒立摆的鲁棒镇定

用一个时滞状态反馈控制律镇定惯性轮倒立摆,不仅保证闭环系统全局渐近稳定,还允许闭环系统承受一定的时滞.将惯性轮倒立摆转化为存在高阶非线性的4维积分器链,然后设计一个明确规定了饱和度和时滞参数的饱和控制律.用简单方式证明了闭环的全局渐近稳定性.仿真表明设计是有效的.     

Gain-scheduled control of time-varying delay systems with input constraint

This paper investigates gain-scheduled control design for linear systems with time-varying state delays subject to actuator saturation and external disturbance. Assuming the disturbance is peak bounded, a sufficient delay-dependent condition is established to guarantee that a family of level sets, corresponding to a novel parameter-dependent Lyapunov–Krasovskii functional, are nested and invariant to the closed-loop system. The invariant sets are then used to obtain nested reachable sets (ellipsoids) to bound the closed-loop states. A family of continuous controllers are designed based on these nested ellipsoids. The controller with the best performance is selected, each time, based on the closed-loop state vector, while complying with the saturation bound, and the resulting closed-loop system is locally input-to-state stable. All conditions are represented in the form of linear matrix inequalities (LMIs) by the linear spline method. Finally, the benefit of the control method is illustrated by two examples.     

Simultaneous external and internal stabilization of linear systems with input saturation and non-input-additive sustained disturbances

In this paper, we study simultaneous external and internal stabilization of the linear system under input saturation and non-input additive sustained disturbances. For systems that are asymptotic null controllable with bounded control, it is shown that a nonlinear dynamic feedback controller can be designed so that the closed-loop states remain bounded for any initial condition and for two classes of sustained disturbances, and that the equilibrium in the absence of disturbances is globally asymptotically stable.     

具有执行器饱和的切换2-D系统事件触发控制

针对具有执行器饱和的切换2-D连续离散系统,提出了一种基于多Lyapunov函数法的事件触发控制方案。为了减少通信资源浪费和执行器的损耗,提出了一种事件触发机制。该触发机制考虑了执行器饱和特性,只有当执行器未饱和,且满足事件触发条件时,控制器才会更新。利用凸组合技术和多Lyapunov函数法,提出了一种状态依赖的切换信号与状态反馈控制器的设计方法,并对闭环系统的指数稳定性进行了分析,利用线性矩阵不等式技术导出了控制器增益矩阵存在的充分条件。利用Darboux方程的仿真算例验证了所提出的事件触发控制方案的有效性,仿真结果表明了在所设计的控制方案下,闭环系统的状态是指数收敛的,同时还能减少通信资源的浪费。     

不确定离散时间切换系统的鲁棒保性能控制

本文基于平均滞留时间和多Lyapunov函数方法,研究了一类线性不确定线性离散切换系统的保性能鲁棒控制问题,以线性矩阵不等式的形式设计了状态反馈保性能控制器使得相应的闭环系统对所有允许的不确定性是全局指数稳定的,并得到一个加权性能上界.仿真结果表明了该方法的有效性.     

Static output feedback control design for linear MIMO systems with actuator dynamics governed by diffusion PDEs

This paper deals with the problem of static output feedback (SOF) control design for a class of diffusion partial differential equation (PDE) and ordinary differential equation (ODE) cascades, where the ODE model is used to describe the dynamics of the multi-input and multi-output (MIMO) plant and the diffusion PDE model is employed to represent the dynamics of actuators. The objective of this paper is to develop a simple as well as effective SOF controller via the Lyapunov's direct method such that the resulting closed-loop system is globally exponentially stable. By constructing a quadratic Lyapunov function, the sufficient condition on the globally exponential stability of the closed-loop cascaded system is presented in terms of linear matrix inequality (LMI). Then, an LMI-based design method of the SOF controller is developed on the basis of the obtained stability analysis result. Finally, two numerical examples are provided to illustrate the effectiveness of the proposed design method.