基于固定时间扰动观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对六自由度小型四旋翼无人机在轨迹跟踪控制过程中,单一控制器构成的控制系统存在外部未知干扰,系统的鲁棒性以及轨迹跟踪精度容易产生较大的波动问题,该文章提出了一种基于固定时间扰动观测器的全闭环控制方案,即针对位置与姿态的双闭环控制;首先利用固定时间理论设计了两个扰动观测器,在固定时间内对扰动做出估计并进行补偿;在此观测器对扰动值的精确估计基础之上,设计了两个具有扰动补偿能力的非线性跟踪控制器;李雅普诺夫稳定性理论证明了所述方法的有效性;仿真实验中,为对比所述控制方法的有效性,同时采用传统单一控制器构成的无人机控制系统进行对比分析;在无人机质量为m=1.44 kg、环境重力加速度为g=9.8 m/s2以及其他模型参数一致的前提下,进行大量的仿真实验验证了所提出的基于固定时间扰动观测器的扰动补偿控制系统,能够保证小型四旋翼无人机六自由度受到复杂外部干扰时准确估计出外部干扰值,并实现无人机进行高精度轨迹跟踪控制,且轨迹跟踪精度与抗扰性能皆优于传统单一控制器构成的无人机控制系统.     

基于参考模型的扰动观测器控制系统

为了补偿控制系统的未知动态和外部扰动,论文提出一种基于参考模型的扰动观测器控制系统.首先,分析了二阶理想参考模型控制系统的设计,并通过闭环传递函数证明了参考模型控制系统的稳定性.然后,设计了二阶系统扰动观测器和基于参考模型的扰动观测器控制律,分析了二阶闭环控制误差系统收敛性.并推广到n阶控制系统,证明了n阶闭环控制误差系统稳定性.最后,仿真实验结果表明,与线性自抗扰控制(LADRC)系统相比,基于参考模型的扰动观测器控制系统阶跃响应的跟踪精度和抗扰性能明显优于LADRC系统,扰动的估计精度高,控制输入量小于LADRC系统;基于参考模型的扰动观测器控制系统正弦跟踪精度和扰动的估计精度也高于LADRC系统.该新型控制系统结构简单,抗扰性能好,控制效率高,具有重要的工程应用价值.     

含不匹配扰动非严格反馈系统的输出反馈补偿控制

针对一类非严格反馈非线性系统,系统中包含不确定函数和未知外部扰动,提出一种带不匹配扰动补偿的输出反馈模糊控制器.采用模糊逻辑系统逼近未知的非线性函数,同时构造模糊状态观测器观测系统未知状态.考虑观测器和控制器会受到外部扰动和模糊逼近误差构成的不匹配总扰动信号影响,采用改进的扰动观测器对不匹配扰动进行估计和补偿,使扰动观测误差能够在有限时间内平缓地收敛到任意小的范围,消除不匹配扰动信号对模糊观测器设计的影响.同时在控制器设计中进行扰动的精确补偿,提高系统的抗扰动性.通过Lyapunov函数证明了闭环系统所有信号都是有界的.最后,通过数值仿真进一步验证了所提出方法的有效性.     

基于扰动观测器的AUVs固定时间编队控制

考虑含有模型参数不确定及未知海洋扰动的多AUVs协同编队问题,本文提出一种新的控制方法,该方法可保证编队在固定时间内实现.首先,将模型参数不确定及海洋扰动看作复合扰动,设计扰动观测器,实现固定时间内对扰动的精确估计.基于扰动观测器,指令滤波技术、固定时间理论及虚拟轨迹概念,设计编队控制律,实现编队目标,并保证闭环系统中的所有信号是全局固定时间稳定的.最后通过两艘AUV的编队仿真验证了所提算法的有效性.     

具有边界扰动的不确定Euler-Bernoulli梁方程输出反馈控制

针对带有边界扰动、内部不确定扰动和外部扰动的Euler-Bernoulli梁方程,为克服传统扰动观测器引入的高增益及未知扰动导数难以准确求解问题,本文将主动干扰抑制控制(ADRC)技术应用到Euler-Bernoulli梁方程这个偏微分方程(PDE)系统上,提出并设计了一种新的在线扰动观测器,可实时估计扰动值.依据估计扰动值,设计了一个边界输出反馈控制器.仿真结果表明,本文所提出的方法可很好地实现对内部不确定扰动和外部扰动的估计,配合输出反馈控制器,可对边界扰动进行有效抑制,进而实现系统的指数稳定.     

具有未知负载扰动的水井钻机电液伺服系统无模型自适应控制

针对电液伺服系统在水井钻机推进工况下存在的参数不确定以及未知负载扰动突变等非线性因素,提出了基于径向基(RBF)神经网络扰动观测器的无模型自适应控制方法.首先,通过改进的无模型自适应控制动态线性化方法,将被控系统线性化为与输入输出相关的增量形式,并将未知负载扰动合并到一个非线性项中;然后,设计了径向基神经网络扰动观测器对含有未知负载扰动的非线性项进行估计,作为对未知扰动的补偿;最后,设计了时变参数估计律,通过在线调整伪偏导数,给出了电液伺服系统的控制更新律.仿真结果表明,所设计的控制器能够对未知负载扰动突变进行补偿,并能确保跟踪误差有界收敛.     

基于扰动补偿的多源受扰系统反步控制设计

针对一类多源受扰系统的跟踪控制问题, 提出基于降阶广义扩张状态观测器(ROGESO)的指令滤波反步控制设计方法. 首先, 将各通道中的总扰动分别作为扩展状态变量, 通过构造ROGESO对其进行同步实时估计. 在此基础上, 利用反步法递归设计虚拟控制律, 实现各级子系统的镇定, 并将各通道的扰动估计值反馈至对应子系统的虚拟控制律中进行反向补偿, 提高系统的扰动抑制性能, 保证系统输出对参考输入信号的高精度跟踪. 然后, 应用Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性. 最后, 通过数值仿真验证所提方法的有效性.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

基于扰动和摩擦补偿的柔性机械臂系统非奇异快速终端滑模控制

本文针对系统中存在的关节摩擦、动力学参数不确定性和外部负载干扰等因素引起的柔性机械臂系统控制性能下降的问题,提出了一种基于扰动和摩擦补偿的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE-FC).首先,设计扰动估计器(DE)对系统未知动态参数和负载干扰进行估计.然后,针对扰动估计器不能精确估计的关节摩擦力矩进行辨识.最后,利用滑模控制技术设计非奇异快速终端滑模控制器,并将扰动估计值和摩擦力辨识值以前馈的方式进行补偿,实现对柔性机械臂系统给定参考轨迹跟踪的准确性以及对外界扰动的鲁棒性.值得注意的是,与传统只使用扰动估计器的方法相比,本文考虑到了摩擦力等非线性因素的影响,并利用辨识技术对摩擦力进行辨识,提高了控制精度.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.实验结果表明,相较于非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)和基于扰动估计器的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE),所提方法提高了柔性机械臂系统的轨迹跟踪性能.     

基于自适应扰动观测器的自主船舶协同路径跟踪控制

为实现未知环境扰动下不确定欠驱动自主船舶的协同路径跟踪控制, 本文提出了一种基于自适应扰动观 测器的鲁棒控制算法. 该算法采用径向基函数神经网络(RBFNNs)逼近模型参数不确定, 并利用最小学习参数化 (MLP)技术对神经网络的权重及逼近误差进行压缩, 所设计观测器不需要环境扰动上界的精确信息. 进一步, 基于 代数图论对船间通信进行建模, 设计了一种分散式协同控制律, 有效地降低了通信负载. 凭借Lyapunov稳定性理论 证明了闭环系统内信号的有界性, 且能通过对设计参数的调节使跟踪误差的收敛界为任意小. 最后采用数值仿真 试验验证了所提出算法的有效性和优越性.     

非线性广义时变系统的干扰解耦

讨论了在正则状态反馈作用下,一类非线性广义时变系统的干扰解耦问题.首先,提 出了一种新的解耦算法;然后,基于该算法,对系统的干扰解耦问题进行了研究,推导出该问 题可解的充分必要条件,并且构造出反馈控制律;最后,举例说明了该方法的可行性.     

DISTURBANCE DECOUPLING FOR NONLINEAR TIME‐DELAY SYSTEMS

The disturbance decoupling problem is studied for a general class of nonlinear systems with multiple delays. Necessary and sufficient conditions are given for the solvability of the problem, in geometric terms involving so‐called controlled invariant modules. An example is included which shows that there is no unique “standard” solution to disturbance decoupling in opposition to the well known situation of systems without delays.     

一类不稳定时滞过程的最优抗干扰控制

针对不稳定时滞过程的干扰抑制问题提出一种新的设计方法,通过有理逼近的方法 推导出了控制器参数的设计公式,给出了判断系统稳定性的充分必要条件,并在仿真研究中 将本文提出的设计方法与其他设计方法进行了对比.     

一种能有效克服不可测干扰的自适应推理控制策略

本文提出了一种新的自适应推理策略,它与其他推理控制的区别是:(1)基于最小方差原理设计推理控制器,而不是基于模型的逆;(2)将自适应预报技术同推理控制器的设计柔合在一起;(3)引入干扰预报措施,可以更有效地消除不可测干扰的影响。     

DISTURBANCE COMPENSATION FOR TIME‐DELAY PROCESSES

In this paper, a general control scheme for disturbance rejection is presented. It is an extension of the disturbance observer used in mechatronics, and made applicable to time‐delay processes. It is shown that the proposed control scheme can achieve better load response in general and reject periodic disturbance asymptotically in particular. Stability analysis and disturbance rejection performance are provided. Simulation results confirm that the proposed method yields superior load response compared to the classical feedback system.     

DISTURBANCE REJECTION USING AN ILC ALGORITHM WITH ITERATION VARYING FILTERS

An Iterative Learning Control disturbance rejection approach is considered and it is shown that iteration variant learning filters can asymptotically give the controlled variable zero error and zero variance. Convergence is achieved with the assumption that the relative model error is less than one. The transient response of the suggested ILC algorithm is also discussed using a simulation example.     

大型混合干扰系统真实信号的实时辨识与提取

在存在大量混合随机干扰的系统中，采用一种特征值信号的智能提取方法．通过对对象信号波形的特征搜索，实时地辨识和提取能反映被测对象真实状态的特征信号，有效地抑制干扰对波形信号的影响，大大提高整个系统的检测和监控精度．文章给出了对象模式特征的表述、特征信号的生成与提取的理论描述和实现方法．实际工程项目中的成功应用表明，该方法具有很强的处理信号干扰的能力，尤其适用于受现场混合干扰影响的系统的分析与监控，具有很好的应用和推广价值．     

弹架间隙对导弹发射扰动的影响特性研究

针对火箭导弹发射过程中弹架间隙产生的初始扰动问题,提出随机扰动激励与多体动力学相结合的计算方法.该方法以多体动力学为基础,建立能够模拟导弹与发射架相互作用的动力学模型,将赫兹碰撞接触算法、随机过载模型与多体动力学模型相耦合,可计算获得初始扰动的响应参数.通过对含发射架的导弹实例分析,结果表明:此耦合模型能够有效模拟弹架间隙对导弹发射扰动的影响状态;导弹弹体支脚与发射架间的间隙过大,会导致导弹在发射过程中(离轨前)产生较大的随机扰动力,使得弹体在离轨后的Y向和Z向的姿态产生较大偏差,在发射离轨后产生较大的散布效应.该方法可为研究弹架间隙对发射扰动的影响提供有效的参考,也可以为同类导弹初始扰动的分析提供借鉴.     

一类随机干扰作用下的非线性系统的自适应控制

利用随机干扰作用下的采样数据训练模糊神经网络可得到对象含噪声信息的统计辨识模型 ,通过预估及校正算法在线调整控制输入以弥补模型偏差的影响 ,实现系统的自适应控制 .仿真实验结果表明该控制方案具有较高的控制精度、较强的抗干扰能力和良好的自适应性能     

H∞ ALMOST DISTURBANCE DECOUPLING FOR MIMO BILINEAR SYSTEMS

The H_∞ almost disturbance decoupling problem is considered. In this paper, a nonlinear design is proposed to find a state feedback controller for bilinear systems. The closed‐loop system is internally stable and achieves disturbance attenuation in nonlinear H_∞ sense. We defined a special form of Lyapunov function, which is constructed in terms of one or a set of positive definite constant matrices. If, except of the origin of system, the corresponding polynomial of the positive definite matrix (or several polynomials relevant to the positive definite constant matrices) has (have) no zero on a given subset of state space, then we can construct a controller to solve our problem. It is found that the controller structure could be complicated, but is feasible in computation and may require optimization technique to search the solution. We consider both SIMO and MIMO cases with illustrated examples.