非最小相位系统跟踪控制综述

非最小相位系统是指包含不稳定零动态的系统.经典的跟踪控制理论,特别是非线性系统跟踪控制理论,是以最小相位系统为基础建立的,不能直接用于非最小相位系统.研究非最小相位系统跟踪控制理论,是对经典控制理论的扩展和补充,具有重要的意义.本文对目前非最小相位系统跟踪控制领域取得的成果进行综述.首先梳理各种非最小相位系统跟踪控制方法的基本思想,并按照近似跟踪和精确跟踪进行归类,建立非最小相位系统跟踪控制的基本框架.然后围绕该框架对各种方法进行详细介绍.接着讨论非最小相位系统的跟踪性能限制.最后总结现有研究存在的一些问题及对今后的发展方向进行展望.本文的目的在于使控制工作者对非最小相位系统的跟踪控制有一个较为清晰的认识.     

零点配置与一类非线性广义系统的状态反馈控制

针对状态空间实现为非最小相位的非线性广义系统的控制问题,提出一种非线性广义系统的状态空间实现算法,构建了一个等价于原输出函数的综合输出函数,能任意配置状态空间实现的传输零点,使该状态空间实现为最小相位的.所构建的最小相位输出函数能直接用于构造状态反馈控制器,实现对非线性广义系统状态反馈控制.将所得结论应用于Logistic增长的SIR传染病模型,仿真结果表明了所提方法的有效性和可行性.     

输出重定义下的非线性非最小相位系统迭代学习控制

讨论非线性非最小相位系统实现完全跟踪的迭代学习控制方法, 适于在有限作业区间上重复运行的受控系统. 在控制器设计时, 通过输出重定义以使非最小相位系统的零动态变成渐近稳定特性. 分别采用部分限幅和完全限幅两种学习算法设计控制器, 理论分析表明两种算法能够保证学习系统中所有变量的有界性和跟踪误差在整个作业区间上渐近收敛于零. 数值仿真验证了两种迭代学习控制系统的跟踪性能.     

非线性非最小相位系统的控制研究综述

非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统, 其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法(如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用. 因此, 非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多, 是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一. 本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果, 着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、 理想内模求解等问题, 并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较. 最后, 讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题, 并对其未来发展方向进行了展望.     

多输入多输出最小相位系统的执行器故障自适应容错控制

针对一类具有执行器卡死或/和变执行器故障的多输入多输出(MIMO)非线性最小相位系统提出了自适应容错跟踪控制方案.结合系统特征对系统执行器进行分类,用神经网络逼近执行器未知故障函数,采用模型参考自适应容错控制方法设计控制律.所设计的控制律不仅保证闭环系统稳定,而且跟踪误差一致最终有界.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

一类MISO 最小相位系统的执行器故障自适应容错控制

针对一类具有执行器卡死或/和变执行器故障的多输入单输出(MISO)非线性最小相位系统,提出一种自适应容错跟踪控制方案.采用自适应算法估计系统的不确定性,利用神经网络逼近执行器未知故障函数,以完成执行器组合故障状态下的跟踪控制.所设计的控制律不仅保证了闭环系统稳定,而且所有状态均有界,跟踪误差一致最终有界.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

MIMO非线性最小相位系统的光滑调节

本文研究多输入多输出非线性最小相位系统的光滑调节问题,得到的主要结论是:对合 的在原点具有相对阶的局部双曲最小相位系统能渐近跟踪满足某种有界条件的局部Lyapunov 稳定的信号.一类具有一致相对阶的全局指数稳定的最小相位系统,若满足某种类似的 Lipschitz条件,则能渐近跟踪一类很广泛的信号,既可以是Poisson稳定的,也可以是无界 的.     

基于最小二乘支持向量机的非线性系统鲁棒自适应跟踪控制

提出了一种基于最小二乘支持向量机的非线性系统鲁棒自适应跟踪控制方法. 该方法通过最小二乘支 持向量机在线修正由于建模误差、不确定因素等引起的非线性系统逆误差,使得系统输出可以准确跟踪参考模型输 出. 最小二乘支持向量机的参数调整规律由李亚普诺夫稳定性理论导出. 文中证明了非线性系统的稳定性,仿真结果 证明了该方法的有效性.     

基于VTOL飞行器的滑模控制器设计

垂直起降(Vertical takeoff and landing,VTOL)飞行器是具有3个自由度、2个控制输入的非线性欠驱动控制系统,为了解决严重耦合的VTOL欠驱动系统的输出跟踪问题,首先将VTOL动力学模型解耦成一个最小相位系统和一个非最小相位系统,然后分别针对这两个解耦子系统设计滑模控制器,并通过Lyapunov理论证明系统的稳定性,最后仿真结果表明所设计的滑模控制器实现了对轨迹的无稳态误差跟踪,具有较好的鲁棒性,能够为此类欠驱动系统的输出跟踪问题提供设计参考。     

基于反馈无源化的切换非线性系统H∞跟踪控制

针对切换非线性系统,提出一种基于反馈无源化的H_∞跟踪控制策略.首先,提出依赖状态切换的控制方法,在子系统不满足有界参考弱最小相位这一标准假设时,给出解决H_∞跟踪问题的充分条件,通过零状态可检测条件保证切换系统的内部稳定性,并利用无源不等式验证切换非线性系统满足H_∞跟踪性能;然后,提出依赖时间切换的跟踪策略,得到H_∞跟踪问题的可解性条件,该方法不依赖系统内部状态进行切换,将系统输出和参考信号之间的误差作为控制输入,并计算出切换系统满足的平均驻留时间;最后,给出仿真算例,以验证结果的正确性.     

多变量非线性系统的间接模糊输出反馈自适应控制

针对一类多输入多输出非线性不确定系统，提出一种基于观测器的模糊间接自适应控制方法，并基于李亚普诺夫函数方法，导出了输出反馈控制律以及参数的自适应律，证明了整个控制方案不但能保证闭环系统稳定，而且取得了良好的跟踪控制性能。     

A multivariable MRAC scheme with application to a nonlinear aircraft model

This paper revisits the multivariable model reference adaptive control (MRAC) problem, by studying adaptive state feedback control for output tracking of multi-input multi-output (MIMO) systems. With such a control scheme, the plant-model matching conditions are much less restrictive than those for state tracking, while the controller has a simpler structure than that of an output feedback design. Such a control scheme is useful when the plant-model matching conditions for state tracking cannot be satisfied. A stable adaptive control scheme is developed based on LDS decomposition of the high-frequency gain matrix, which ensures closed-loop stability and asymptotic output tracking. A simulation study of a linearized lateral-directional dynamics model of a realistic nonlinear aircraft system model is conducted to demonstrate the scheme. This linear design based MRAC scheme is subsequently applied to a nonlinear aircraft system, and the results indicate that this linearization-based adaptive scheme can provide acceptable system performance for the nonlinear systems in a neighborhood of an operating point.     

ADAPTIVE SLIDING MODE BACKSTEPPING CONTROL OF NONLINEAR SYSTEMS WITH UNMATCHED UNCERTAINTY

This paper considers an adaptive backstepping algorithm for designing the control for a class of nonlinear continuous uncertain processes with disturbances that can be converted to a parametric semi‐strict feedback form. Sliding mode control using a combined adaptive backstepping sliding mode control (SMC) algorithm, is also studied. The algorithm follows a systematic procedure for the design of adaptive control laws for the output tracking of nonlinear systems with matched and unmatched uncertainty.     

基于神经网络的非线性系统稳定自适应控制

本文针对一类具有未知非线性函数和未知虚拟系数非线性函数的二阶非线性系统 ,提出了一种基于神经网络的稳定自适应输出跟踪控制方法 .用李雅普诺夫稳定性分析方法证明了本文的神经网络自适应控制器能够使受控系统稳定 ,并使输出跟踪误差随时间趋于无穷而收敛到零 .仿真算例证明了该算法的有效性     

带非三角结构的非线性系统自适应控制设计

针对一类带有非三角结构的不确定非线性系统,研究了其控制设计问题,提出了一种自适应跟踪控制设计方法。通过构造一种新的李雅普诺夫函数,并运用增加幂次积分方法和模糊控制方法,设计得到了一种新型自适应跟踪控制器。控制器只引入了一个参数自适应律,避免了反推设计中的过参数化问题,同时保证了输出跟踪误差可以任意小,且使得闭环系统的所有信号有界。最后,将控制方法应用到单连杆机械臂系统上,通过仿真研究验证了所提控制方案的有效性。     

具有输入和输出约束的高阶随机系统神经网络控制

针对高阶非线性系统,开展自适应神经网络跟踪控制器设计,系统受到随机扰动的影响.首次把输入和输出约束问题引入到高阶系统的跟踪控制中,并假定系统动态是未知.首先借用高斯误差函数表达连续可微的非对称饱和模型以实现输入约束,和障碍Lyapunov函数保证系统输出受限;其次,针对高阶非线性系统,径向基函数(RBF)神经网络用来克服未知系统动态和随机扰动.在每一步的backstepping计算中,仅用到单一的自适应更新参数,从而克服了过参数问题;最后,基于Lyapunov稳定性理论提出自适应神经网络控制策略,并减少了学习参数.最终结果表明设计的控制器能保证所有闭环信号半全局最终一致有界,并能使跟踪误差收敛到零值小的邻域内.仿真研究进一步验证了提出方法的有效性.     

非线性系统的神经网络鲁棒自适应跟踪控制

针对一类具有未知非线性函数和未知虚拟系数非线性函数的二阶非线性系统,提出了一种神经网络鲁棒自适应输出跟踪控制方法.用李雅普诺夫稳定性分析方法证明了本文的神经网络自适应控制器能够使受控系统内的所有信号均为有界.选择的神经网络权值调整规律可以防止自适应控制中的参数漂移.     

Distributed adaptive output feedback tracking control for a class of uncertain nonlinear multi-agent systems

This paper addresses the distributed output feedback tracking control problem for multi-agent systems with higher order nonlinear non-strict-feedback dynamics and directed communication graphs. The existing works usually design a distributed consensus controller using all the states of each agent, which are often immeasurable, especially in nonlinear systems. In this paper, based only on the relative output between itself and its neighbours, a distributed adaptive consensus control law is proposed for each agent using the backstepping technique and approximation technique of Fourier series (FS) to solve the output feedback tracking control problem of multi-agent systems. The FS structure is taken not only for tracking the unknown nonlinear dynamics but also the unknown derivatives of virtual controllers in the controller design procedure, which can therefore prevent virtual controllers from containing uncertain terms. The projection algorithm is applied to ensure that the estimated parameters remain in some known bounded sets. Lyapunov stability analysis shows that the proposed control law can guarantee that the output of each agent synchronises to the leader with bounded residual errors and that all the signals in the closed-loop system are uniformly ultimately bounded. Simulation results have verified the performance and feasibility of the proposed distributed adaptive control strategy.     

Adaptive neural network tracking control for uncertain nonlinear systems with input delay and saturation

In this article, the adaptive tracking control problem is considered for a class of uncertain nonlinear systems with input delay and saturation. To compensate for the effect of the input delay and saturation, a compensation system is designed. Radial basis function neural networks are directly utilized to approximate the unknown nonlinear functions. With the aid of the backstepping method, novel adaptive neural network tracking controllers are developed, which can guarantee all the signals in the closed‐loop system are semiglobally uniformly ultimately bounded, and the system output can track the desired signal with a small tracking error. In the end, a simulation example is given to illustrate the effectiveness of the proposed methods.     

Global asymptotic tracking for nonminimum‐phase nonlinear systems in output feedback form

The problem of global asymptotic tracking by output feedback is studied for a class of nonminimum‐phase nonlinear systems in output feedback form. It is proved that the problem is solvable by an n‐dimensional output feedback controller under the two conditions: (a) the nonminimum‐phase nonlinear system can be rendered minimum‐phase by a virtual output; and (b) the internal dynamics of the nonlinear system driven by a desired signal and its derivatives has a bounded solution trajectory. With the help of a new coordinate transformation, a constructive method is presented for the design of a dynamic output tracking controller. An example is given to validate the proposed output feedback tracking control scheme.