板球系统的参数自调整反步控制

为解决系统初始值大范围变化,且控制量受到饱和特性约束的板球系统镇定控制问题,提出一种自动调整待设计参数的反步控制方法.分析了反步法偏差系统的平衡点特性;说明了反步法待设计参数与偏差系统动态间的关系;构造了Mamdani模糊逻辑,以自动调整反步法待设计参数;考虑了控制量受饱和特性限制而引入的约束条件,进而以遗传算法优化了模糊规则.仿真和实验结果均表明,自动调整待设计参数的反步控制方法降低了镇定控制中的位置偏差和位置超调.

     

舵机速率饱和时的飞机尾旋改出控制

通过闭环控制进行飞机尾旋自动改出时, 由于控制能量不足舵机速率饱和有可能引起振荡问题. 本文基于反步法设计一种抗舵机速率饱和的尾旋自动改出控制方法. 将飞机模型看做角度、角速度和舵机三层级联结构, 首先利用反步法设计角度和角速度层控制律, 然后在舵机层控制律根据舵机速率饱和限制约束控制量, 同时通过Lyapunov函数保证闭环系统渐近稳定. 对所得控制方法抗舵机速率饱和的效果进行了分析. 以某现代歼击机模型为对象的仿真试验表明, 该方法在舵机存在速率饱和的情况下控制效果明显优于传统动态逆方法与传统反步法.     

基于神经网络的欠驱动水下机器人三维同步跟踪和镇定控制

研究了欠驱动水下机器人的三维同步跟踪和镇定控制问题,并考虑了模型参数不确定性、未知外界干扰和输入饱和限制的影响.针对不同类型期望轨迹的特性,构造了新的辅助虚拟信号以实现对欠驱动方向的控制.基于反步法和Lyapunov直接法,设计了一种饱和自适应统一动力学控制律,使得AUV的状态误差最终收敛至零点附近的有界区域内,其中未知模型参数和外部干扰通过基于神经网络的更新律进行估计.仿真结果表明该控制方法是有效的且具有较好的控制效果.     

一类欠驱动系统的非线性输出跟踪控制

针对一类模型结构为非下三角的欠驱动系统,在反步法的框架下研究了其非线性输出跟踪控制问题．鉴于在此类欠驱动系统的反步法设计中,沿用一般下三角系统的偏差难以镇定全部的偏差动态,由此引入了“联系函数”的概念．在反步法设计中,构造了异于下三角系统的偏差,设计了状态反馈跟踪控制器,保证了系统偏差的全局一致渐近稳定性．仿真结果表明...     

自适应积分反步法永磁同步电机伺服控制器的设计

针对永磁同步电机(PMSM)绕组相电流和转速强耦合特性以及参数的不确定性,利用非线性积分反步法设计了自适应积分反步控制器,在补偿参数不确定性影响的同时,实现了PMSM高性能位置跟踪控制.基于Matlab建立了系统的仿真模型并实施仿真.仿真结果表明,用该方法设计的PMSM控制系统,滤波跟踪误差能以指数规律迅速收敛到零,并且具有很强的抗负载扰动能力.     

电弧炉的反步自适应模糊控制

电弧炉是具有三相强耦合、高度非线性和不确定性的复杂被控对象,并且目前对电弧炉的控制要求越来越严格,为此将反步控制与自适应模糊控制相结合,应用于电弧炉电极调节系统中.给出了反步自适应模糊控制系统的详细设计过程.用递推法设计反步控制量,用自适应模糊控制逼近反步控制量中的不确定项,设计出自适应模糊控制律.通过李亚普诺夫函数推导了模糊规则参数调整的自适应律.最后引入监督控制以减少模糊逼近误差.仿真结果表明:所提出的控制算法能有效地抑制弧长的扰动,具有较强的鲁棒性,从而使电弧炉电极调节系统拥有较好的动静态性能.     

基于反馈增益反步法欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪控制

针对欠驱动无人水下航行器的三维空间路径跟踪控制问题.基于虚拟向导建立载体坐标系下的三维路径跟踪运动学误差模型,首先设计跟踪误差反馈增益形式的线性控制项镇定位置跟踪系统,避免计算虚拟控制量导数的复杂形式;然后基于反步法设计动力学控制器,通过合理的选择控制器参数消除了部分非线性项,简化了虚拟控制量的形式,同时避免了采用传统反步法设计控制器时存在的奇异值问题,基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒反馈补偿项,保证了闭环跟踪误差系统状态的一致最终有界.仿真实验表明本文设计控制器能够精确跟踪三维曲线路径,并对外界干扰具有较好的鲁棒性.     

基于非奇异快速终端滑模的轧机液压伺服位置系统反步控制

针对具有非线性、参数不确定性和未知负载扰动的非对称缸轧机液压伺服位置系统,提出一种基于模糊自适应观测器和非奇异快速终端滑模面的反步控制方法.首先,基于非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律完成非对称缸轧机液压伺服位置系统反步控制器的设计,并通过构造二阶滑模滤波器对虚拟控制量的微分信号进行估计,有效地避免了反步控制中的微分爆炸现象;然后,选用模糊自适应观测器对系统的不确定项进行逼近估计,并将输出的估计值引入到设计的控制器中进行补偿,有效地提高了系统的跟踪控制精度,且分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统全局渐近稳定;最后,基于某650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统的实际参数进行仿真研究,并与常规线性滑模控制方法相比较,结果验证了所提出方法能够有效提高系统在整个全局过程的收敛速度和鲁棒稳定性.     

串级连续搅拌反应釜的有限时间命令滤波控制

针对串级连续搅拌反应釜系统的快速精准跟踪控制问题,利用自适应反步控制方法、模糊逻辑系统、命令滤波器以及有限时间控制技术设计串级连续搅拌反应釜系统的有限时间命令滤波控制器.其中,自适应反步方法使系统控制器的设计更简单;模糊逻辑系统通过逼近系统模型中的复杂非线性函数使控制器的在线计算量更小;命令滤波器解决了经典反步法带来的“计算爆炸”的问题;有限时间控制方法能够使系统被控量更迅速地跟踪其参考值; Lyapunov稳定性分析证明了系统的稳定性.通过Matlab实例仿真验证所设计控制器的有效性和可行性,为有限时间命令滤波控制技术在实际串级连续搅拌反应釜过程中的应用提供指导.与现有控制方法相比,所提出的控制策略具有控制器结构简单、在线计算复杂度小、跟踪速度快以及无静差的优点.     

考虑铁损的异步电动机模糊自适应命令滤波反步控制

针对考虑铁损的电动汽车用异步电动机驱动系统中存在的负载扰动和系统参数不确定问题, 采用模糊逻辑 系统逼近系统中的非线性项, 通过引入命令滤波反步技术克服传统反步法无法避免的“计算爆炸”问题, 引入补偿信 号消除滤波误差的影响, 实现对异步电动机的位置跟踪控制. Matlab 仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

倒立摆的自适应积分反步控制策略

针对直线单级倒立摆在模型参数不确定和外部扰动情况下的稳定控制问题,提出一种自适应积分反步控制策略。采用拉格朗日方程建立倒立摆系统的运动学模型,为减少稳态误差,将误差积分项引入反步法,设计了倒立摆的控制器;对含有未知参数的系统非线性状态微分方程,设计适当的Lyapunov函数推导出系统未知参数的自适应更新律,削弱了参数不确定性的影响。将自适应积分反步控制与一般的反步法控制、模糊控制及神经网络控制的仿真结果进行了对比,并在LabVIEW开发环境下进行了实物实验。结果表明,自适应积分反步法可以较为迅速且精确地完成稳定控制,较好地克服系统参数不确定及外部扰动的影响,具有较强的鲁棒性。     

一种基于MT-波波器的连续自适应反推控制的数字实现方法

研究了基于MT-滤波器的连续自适应反推控制的数字实现问题.首先用δ-算子将连 续系统离散化.利用MT-滤波器和反推设计方法给出了自适应反推控制器的设计,然后分别 分析了离散和混杂自适应控制系统的稳定性和跟踪性能.同已有文献相比,本文的主要工作在 于:1)基于MT-滤波器的离散自适应反推控制器的设计;2)误差系统状态向量的构造.由于 MT-滤波器的阶次比K-滤波器的阶次低,因此,误差系统的构造更加复杂,这也使得适应系统 的稳定性分析更加困难.     

Robust adaptive control of nonlinear systems with unknown time delays

In this paper, robust adaptive control is presented for a class of parametric-strict-feedback nonlinear systems with unknown time delays. Using appropriate Lyapunov-Krasovskii functionals, the uncertainties of unknown time delays are compensated for. Controller singularity problems are solved by employing practical robust control and regrouping unknown parameters. By using differentiable approximation, backstepping design can be carried out for a class of nonlinear systems in strict-feedback form. It is proved that the proposed systematic backstepping design method is able to guarantee global uniform ultimate boundedness of all the signals in the closed-loop system and the tracking error is proven to converge to a small neighborhood of the origin. Simulation results are provided to show the effectiveness of the proposed approach.     

基于非线性映射的约束系统自适应反推控制

针对基于障碍Lyapunov函数的非线性约束系统反推控制中, 控制器结构复杂、约束量初值选取区间小、会引入额外参数等问题, 提出了一种新的基于非线性映射的自适应反推控制方案. 该方法扩大约束量的初值选取区间为整个约束区间, 增加了系统初值选取和控制器设计的便易性. 约束量被映射至实数空间中, 因此映射后的新系统可以直接应用反推法设计控制器, 简化了控制器结构且不会引入额外参数. 证明了映射前后系统具有一致的收敛性, 保证闭环系统所有信号一致有界, 并且跟踪误差渐近收敛于零. 仿真结果进一步验证了本文方法的有效性.     

Adaptive neural network asymptotical tracking control for an uncertain nonlinear system with input quantisation

In this paper, the problem of adaptive neural network asymptotical tracking is investigated for a class of nonlinear system with unknown function, external disturbances and input quantisation. Based on neural network technique, an adaptive asymptotical tracking controller is provided for an uncertain nonlinear system via backstepping method. In order to reduce complexity of the control algorithm in the backstepping design process, a sliding mode differentiator is employed to estimate the virtual control law and only two parameters need to be estimated via adaptive control technique. The stability of the closed-loop system is analysed by using Lyapunov function method and zero-tracking error performance is obtained in the presence of unknown nonlinear function, external disturbances and input quantisation. Finally, an application example is employed to demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.     

非匹配不确定系统的自适应反步非奇异快速终端滑模控制

针对一类n阶非匹配不确定系统,提出一种自适应反步非奇异快速终端滑模控制方法.控制的前n-1步采用自适应反步控制策略,消除非匹配不确定性的影响;最后一步利用误差的积分构造非奇异快速终端滑模面,设计控制律使系统第n个状态有限时间收敛.该方法对系统中匹配和非匹配不确定项均具有鲁棒性,比自适应反步终端滑模方法具有更快的收敛速度.理论分析证明了闭环系统的稳定性,仿真结果验证了该方法的有效性.     

Adaptive fuzzy backstepping output feedback control of nonlinear time-delay systems with unknown high-frequency gain sign

In this paper, an adaptive fuzzy robust feedback control approach is proposed for a class of single-input and single-output (SISO) strict-feedback nonlinear systems with unknown nonlinear functions, time delays, unknown high-frequency gain sign, and without the measurements of the states. In the backstepping recursive design, fuzzy logic systems are employed to approximate the unknown smooth nonlinear functions, K-filters is designed to estimate the unmeasured states, and Nussbaum gain functions are introduced to solve the problem of unknown sign of high-frequency gain. By combining adaptive fuzzy control theory and adaptive backstepping design, a stable adaptive fuzzy output feedback control scheme is developed. It has been proven that the proposed adaptive fuzzy robust control approach can guarantee that all the signals of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded and the tracking error can converge to a small neighborhood of the origin by appropriately choosing design parameters. Simulation results have shown the effectiveness of the proposed method.     

Adaptive error feedback regulation problem for 1D wave equation

By using the adaptive control approach, we solve the error feedback regulator problem for the one‐dimensional wave equation with a general harmonic disturbance anticollocated with control and with two types of disturbed measurements, ie, one collocated with control and the other anti‐collocated with control. Different from the classical error feedback regulator design, which is based on the internal mode principle, we give the adaptive servomechanism design for the system by making use of the measured tracking error (and its time derivative) and the estimation mechanism for the parameters of the disturbance and of the unknown reference. Constructing auxiliary systems and observer and applying the backstepping method for infinite‐dimensional system play important roles in the design. The control objective, which is to regulate the tracking error to zero and to keep the states bounded, is achieved.     

Adaptive output control of a class of uncertain chaotic systems

In this paper, a new observer-based backstepping output control scheme is proposed for stabilizing and controlling a class of uncertain chaotic systems. The controller is designed through the use of a robust observer and backstepping technique. We firstly show that many chaotic systems as paradigms in the research of chaos can be transformed into a class of nonlinear systems in the feedback form. Secondly, the synchronization problem is converted to the tracking problem from control theory, thereby leading to the use of state observer design techniques. A new observer is utilized to estimate the unmeasured states. Unlike some existing methods for chaos control, no priori knowledge on the system parameters is required and only the output signal is available for control purpose. The Lyapunov functions are quadratic in the state estimates, the observer errors and the parameter estimation error based on the backstepping technique. It is shown that not only global stability is guaranteed by the proposed controller, but also both transient and asymptotic tracking performances are quantified as explicit functions of the design parameters so that designers can tune the design parameters in an explicit way to obtain the desired closed-loop behavior.