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.     

未知时变惯量航天器自适应姿态跟踪容错控制

针对存在未知时变惯量不确定性、执行机构衰退故障和外部干扰力矩的非刚体航天器系统,研究了航天器自适应姿态跟踪容错控制问题,结合非线性鲁棒控制方法、自适应方法、容错控制理论和参数估计方法,提出了一种鲁棒自适应姿态跟踪容错控制器。所设计的控制器克服了执行器故障、惯量不确定性以及外界干扰对系统稳定性的影响,保证了航天器姿态及角速度能够跟踪上时变的期望状态,实现了跟踪误差系统最终一致有界稳定。最后通过数字仿真验证了所提方法的有效性,并且与已有方法进行了对比,说明了所提方法的优越性。     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

预设跟踪性能下车辆队列执行器故障主动容错控制

研究预设跟踪性能下的车辆队列执行器故障主动容错控制问题.考虑执行器部分失效和偏移故障情形,设计Luenberger观测器和自适应残差阈值以实现执行器故障检测.在此基础上,为了确保执行器故障下的车辆队列暂态和稳态性能,在预设跟踪性能框架下,设计基于反步法的主动容错控制算法,在满足预设性能的前提下,实现车辆队列跟踪误差有界,且车辆间距满足安全性和紧凑性约束.仿真结果验证了所提出主动容错控制算法的有效性.     

执行器故障不确定非线性系统最优自适应输出跟踪控制

本文针对一类具有执行器故障的多输入多输出（Multi-input multi-output,MIMO）不确定连续仿射非线性系统,提出了一种最优自适应输出跟踪控制方案.设计了保证系统稳定性的不确定项估计神经网络权值调整算法,仅采用评价网络即可同时获得无限时域代价函数和满足哈密顿-雅可比-贝尔曼（Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB）方程的最优控制输入.考虑执行器卡死和部分失效故障,设计最优自适应补偿控制律,所设计的控制律可以实现对参考输出的一致最终有界跟踪.飞行器控制仿真和对比验证表明了本文方法的有效性和优越性.     

考虑时变输出受限的机械臂自适应容错控制北大核心CSCD

针对机械臂执行器失效故障,提出了一种基于障碍李雅普诺夫函数的有限时间模糊自适应容错控制方法。该控制方法引入自适应技术用于估计执行器的失效程度,补偿执行器故障带来的损失,保证了控制器的控制效果,并采用模糊逻辑系统使得控制律中无须模型参数,从而增加了控制系统的适用性。该控制方法能够保证闭环系统的所有信号和状态是有限时间有界,关节位置的跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内,在机械臂运行过程中不违反时变约束要求。最后,将所提控制方法应用于二自由度刚性机械臂,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

基于事件触发的离散 MIMO 系统自适应评判容错控制

本文针对具有执行器故障的一类离散非线性多输入多输出(Multi-input multi-output, MIMO)系统, 提出了一种基于事件触发的自适应评判容错控制方案. 该控制方案包括评价和执行网络. 在评价网络里, 为了缓解现有的非光滑二值效用函数可能引起的执行网络跳变问题, 利用高斯函数构建了一个光滑的效用函数, 并采用评价网络近似最优性能指标函数. 在执行网络里, 通过变量替换将系统状态的将来信息转化成关于系统当前状态的函数, 并结合事件触发机制设计了最优跟踪控制器. 该控制器引入了动态补偿项, 不仅能够抑制执行器故障对系统性能的影响, 而且能够改善系统的控制性能. 稳定性分析表明所有信号最终一致有界且跟踪误差收敛于原点的有界小邻域内. 数值系统和实际系统的仿真结果验证了该方案的有效性.     

基于MMST分组的一类MIMO非线性系统执行器故障自适应补偿控制

在多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)非线性系统的执行器故障容错控制问题中,控制器能够处理的执行器故障集合的大小与执行器分组方法有很大关系.为扩大系统可处理的执行器故障集合,本文针对一类具有执行器故障的MIMO非线性最小相位系统,提出基于多模型切换(Multiple model switching and tuning,MMST)执行器分组的自适应补偿控制方法.考虑系统的执行器卡死、部分失效和完全失效故障,在微分几何反馈线性化的基础上,研究基于多模型切换的执行器分组切换指标和切换策略,设计了基于反演控制的自适应补偿跟踪控制律,所设计的控制律能保证系统在执行器故障时闭环稳定,渐近跟踪给定的参考信号,且提出的分组方法扩大了可补偿的执行器故障集合.仿真结果表明了本文设计方法的有效性.     

飞翼飞行器的操纵面故障自适应补偿控制

本文针对具有操纵面卡死、失效故障以及执行器饱和的飞翼飞行器纵向运动,考虑系统的预定动态性能,提出了一种自适应反步补偿跟踪控制方案.设计预定动态性能(prescribed performance bound,PPB)边界以保证系统的跟踪误差,采用二阶指令滤波器限制执行器的饱和,通过控制分配避免执行器故障后对横侧向运动的影响.所设计的自适应反步补偿跟踪控制律能够保证系统对参考信号的渐近跟踪.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

航天器位姿运动一体化直接自适应容错控制研究

针对航天器近距离操作过程中追踪航天器位姿控制系统执行器故障问题,提出了一种直接自适应容错控制方法,保证了追踪航天器在发生执行器故障下的自身稳定性和对目标航天器位姿状态的渐近跟踪性能.基于对偶四元数的航天器位姿一体化控制系统模型,首先,假设故障已知,设计标称控制信号;然后,设计自适应更新律对标称控制信号中的未知参数进行估计,构成自适应控制信号;最后,利用多Lyapunov函数对多故障模式下的系统性能进行分析.仿真结果表明了所提方法的有效性.     

具有输入齿隙的一类非线性不确定系统自适应鲁棒控制

针对一类具有未知输入齿隙、参数不确定以及未建模动态和干扰的非线性系统,设计了自适应鲁棒控制器.将齿隙非线性模型等价表示为具有有界建模误差的全局线性化模型,在此基础上设计了包含自适应模型补偿、反馈稳定和鲁棒反馈3部分的自适应鲁棒控制器,并给出了系统动态跟踪误差和稳态误差指标.理论分析证明,闭环控制系统信号有界且跟踪误差在任意期望的精度范围内,仿真研究验证了所提出方法的有效性.     

基于自适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制

研究具有参数不确定性的永磁同步屯动机位置跟踪控制问题.利用模糊逻辑系统逼近系统中非线性函数,采用反步设计方法实现永磁同步电动机的自适应模糊控制.所提出的自适应模糊控制器在电机参数不确定和负载扰动的情况下,实现了永磁同步电动机的高性能位置跟踪控制.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

一类多指标约束下模糊非线性系统的满意容错控制

针对一般执行器故障模式的T-S模糊非线性系统,分别研究了同时具有稳定度指标、输入指标、输出指标约束下和同时具有闭环极点指标、方差指标、H∞指标约束下的满意容错控制器设计问题,给出了各相容指标的取值范围.仿真实例验证了所设计的满意容错控制策略的有效性,它不仅保证了执行器故障闭环系统的稳定性,而且保证系统具有良好的动态和稳态性能.     

一类非线性时滞系统的鲁棒模糊自适应控制

针对一类非线性时滞系统,给出一种鲁棒模糊自适应跟踪控制算法.该非线性系统包含不确定项,其控制增益部分也是不确定的.针对这种特殊的系统,通过对非线性部分的_在线逼近,给出了控制律和自适应律.Lyapunov稳定性分析表明,该闭环系统中的所有信号都是稳定的.仿真结果验证了控制器的有效性.     

基于有向网络的多智能体系统快速一致性

针对具有二次积分动态的多智能体系统在有向网络下的快速一致性问题,提出了基于智能体当前状态和过去状态的快速一致性协议.利用矩阵理论和频域分析法,分别给出了多智能体系统达到静态一致性和动态一致性的充要条件,同时得到该协议能够使系统分别快速地达到静态一致和动态一致的过去状态区间.仿真示例验证了所提出协议的有效性.     

线性时变系统的一种鲁棒镇定控制器设计方法

针对一类线性时变系统提出一种状态反馈镇定控制器设计方法,该反馈控制器能将线性时变系统转化为一个稳定的定常闭环系统.借助线性系统的特征结构配置参数化方法,得到含待求参数的控制器解析形式,并给出控制器的可解性判据.在满足可解性的基础上,进一步对控制器进行了多目标优化设计,使其在保证系统稳定性的同时,具有良好的鲁棒性和干扰抑制能力.通过一个时变卫星姿态控制系统的实际设计表明了该方法的有效性.     

分数阶系统的最优Oustaloup数字实现算法

控制系统通常无法用确定的解析表达式表达,所以需要利用滤波器来近似数字实现分数阶微积分.为此,提出一种新的分数阶系统数字实现算法--最优Oustaloup数字实现算法,通过最优算法寻找滤波器最优参数,在频率段内实现分数阶系统模型的高拟合精度.实例仿真结果表明,该算法在频率响应中的幅频特性及相频特性均优于Oustaloup及其改进算法.     

线性时滞系统前馈-反馈次优控制: Taylor 级数法

研究线性时滞系统最优控制的前馈反馈近似设计问题.基于Taylor级数法,将系统的二次型最优控制问题转化为线性代数方程组的求解问题,给出了系统前馈反馈次优控制律的存在唯一性条件和Taylor级数表示形式.仿真算例验证了方法的有效性.     

基于Unscented变换的强跟踪滤波器

针对强跟踪滤波器(STF)存在要求非线性函数连续可微和强非线性时滤波性能不佳等理论局限性,提出一种基于Unscented变换的强跟踪滤波器(UTSTF).UTSTF基于STF的理论框架,采用Unscented变换代替STF中的雅可比矩阵计算:UTSTF兼具STF鲁棒性强、Unscented变换精度高、实现简单的优点,有效克服了STF的理论局限性.仿真实例验证了UTSTF的有效性.     

磁浮列车悬浮控制系统电磁铁故障诊断技术研究

针对磁浮列车的电磁铁的部分失效故障会导致悬浮控制系统的结构参数发生变化,影响该支撑点的稳定悬浮问题,研究了悬浮控制系统电磁铁故障诊断及其容错控制问题,提出一种将执行器故障导致的控制系统参数变化等效为控制输入变化的算法,实现了对执行器故障的量化指示,给出了执行器(电磁铁)的故障百分比.通过仿真和实验验证了算法的有效性.