基于有限时间指令滤波的非线性系统固定时间预设性能控制

针对一类严格反馈非线性系统,提出一种基于有限时间指令滤波的自适应固定时间预设性能控制策略.首先,引用非线性映射技术及适当的误差变换,建立等效的误差模型;其次,综合利用反步法、固定时间控制和自适应控制等方法,设计一种基于有限时间指令滤波的预设性能跟踪控制器.该策略应用指令滤波器解决了反步法中对虚拟控制律反复求导问题,减轻了计算负担.此外,预设性能控制和固定时间控制保证了系统的跟踪误差能够在固定时间内收敛到预设性能函数限定的范围内,其收敛时间与系统初始条件无关,且确保系统中全部信号在有限时间均达到有界区域.理论分析与仿真验证均表明了所提出设计方法的有效性.     

非线性系统无需初始条件预设性能有界H∞容错控制

针对一类具有外部扰动和传感器故障的非线性系统, 本文研究了其自适应预设性能有界H∞容错控制问题. 本文提出一种新的预设性能控制设计方法, 使得预设性能函数的选择与系统被约束变量的初始状态完全无关,用一种全新的方式解决了传统预设性能方法的控制效果依赖被约束变量初始条件的问题. 基于该设计方法和有界H∞控制方法, 在未知系统初始条件的情况下获得了系统的自适应预设性能有界H∞控制器. 本文所设计的控制器能够保证系统中的所有信号都是有界稳定的, 系统的输出变量能够被预设性能函数约束, 并且对于外部干扰具有很好的抑制作用. 最后, 仿真结果验证了该控制器的可行性及有效性.     

一类非线性大系统分散自适应预设性能有限时间跟踪控制

研究一类非线性互联大系统的分散自适应预设性能有限时间跟踪控制问题.结合神经网络自适应技术、实际有限时间控制理论和预设性能控制方法,提出一种新的预设性能控制设计方法,以解决传统预设性能方法难以实现分散控制的问题.所设计的控制器能够保证大系统中各个子系统的跟踪误差被有限时间性能函数约束,在任意给定的停息时间内收敛到平衡点的一个给定的邻域内,且该闭环大系统的所有信号是实际有限时间稳定的.特别地,该停息时间与系统初始状态无关.两个仿真例子验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

随机激励下板球系统建模与有限时间全状态预设性能跟踪控制

研究板球系统受到随机激励时的数学建模与轨迹跟踪控制问题. 首次建立了板球系统的随机数学模型, 并 结合backstepping方法、有限时间预设性能函数、全状态约束及新的预设性能推导方法设计了具有未知输入饱和的 随机板球系统实际有限时间全状态预设性能跟踪控制器, 实现了随机激励下板球系统的有限时间预设性能轨迹跟 踪控制. 所设计的控制器保证了系统跟踪误差能够被预先给定的有限时间性能函数约束, 并且能在任意给定的停息 时间内收敛到预先给定的邻域内. 最后通过仿真实验验证了所设计控制器具有更好的控制效果.     

NNCS混合容错控制方法

针对执行器任意失效故障,研究离散事件触发通讯机制下不确定NNCS主被动混合鲁棒$H_\infty$容错控制器设计问题,该控制器对外界有限能量扰动具有良好的抑制性能.首先,基于T-S模糊模型,建立离散事件触发通讯机制下不确定NNCS闭环故障模型;然后,基于$H_\infty$控制思想设计故障检测观测器并得到不确定NNCS鲁棒$H_\infty$容错控制设计准则;最后,通过Matlab仿真算例验证所设计的控制律对系统性能的改善以及事件触发条件的引入对网络资源的节约.     

一类p规范型非线性系统预设性能有限时间H∞ 跟踪控制

针对一类带有外部扰动的非严格反馈p规范型非线性系统, 在一种新的预设性能控制思想的基础上, 结合加幂积分技术、H_∞ 控制理论及神经自适应技术, 提出了一种自适应神经预设性能有限时间H_∞ 跟踪控制器的设计方法. 所设计的控制器能够保证系统的跟踪误差被有限时间性能函数约束, 并在任意给定的停息时间内收敛到平衡点的一个预先给定的邻域内, 且能够抑制外部扰动对系统的影响. 特别地, 该停息时间与系统初始状态无关. 两个仿真例子验证了所设计控制器的有效性和优越性.     

航天器姿态机动的非线性鲁棒$H_infty$控制方法

针对存在动力学参数摄动及外部干扰的航天器姿态机动问题,给出一种新的非线性鲁棒$H_\infty$控制方法.通过适当处理和假设,将航天器姿态模型表示为具有凸多面体不确定性的多项式型状态空间方程,并基于Lyapunov稳定性和平方和(SOS)理论,建立非线性状态反馈$H_\infty$控制设计的可解性条件.最后,通过数值仿真实例验证了所提出方法的有效性.     

一种基于LPV系统的$H_infty$切换控制器设计方法

针对线性参数变化(LPV)系统提出一种切换控制器参数化设计方法.基于Youla参数化思想,将控制器设计过程分解为两个步骤.首先,设计一个中心控制器保证闭环系统的全局$H_\infty$性能;其次,将参数变化区域划分为若干个子区域,在每个子区域中将中心控制器进行线性分式变换,得到切换控制器自由参数的状态空间实现,将切换控制器转换为自由参数之间的切换.基于所提出的切换LPV控制器线性分式变换实现方法,不仅可以保证在任意切换的情况下子系统各自局部的$H_\infty$性能,而且可以保证整个闭环系统满足某一整体的$H_\infty$性能,并通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

控制方向未知的不确定系统预设性能自适应神经网络反演控制

对一类控制方向未知的不确定严格反馈非线性系统的预设性能自适应神经网络反演控制问题进行了研究.系统中含有时变非匹配不确定项且控制方向未知.首先,提出了一种新的误差转化方法,放宽了对初始误差已知的限制;随后,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络及跟踪微分器分别实现了对未知函数和虚拟控制量导数的逼近,并综合运用Nussbaum函数和反演控制技术设计了控制器.所设计的控制器能保证系统内所有信号有界且输出误差满足预设的瞬态和稳态性能要求.最后的仿真研究验证了控制器设计方法的有效性.     

基于有限时间预设性能的高超声速飞行器反演控制

针对存在参数不确定以及外界干扰的高超声速飞行器跟踪性能问题,提出一种基于有限时间预设性能的反演控制方案.首先,为便于控制器设计,将高超声速飞行器模型划分为速度和高度子系统,针对子系统分别设计预设性能控制器以提高系统的瞬态和稳态性能;然后,通过设计一种有限时间性能函数,使得跟踪误差能够在预设时间内收敛至稳态值;接着,考虑到反演设计中虚拟指令导数难以获取以及干扰项对系统的影响,基于干扰观测器提出一种扰动估计方法,目的是在取得良好的观测扰动效果的同时,使得控制器设计流程简化、复杂度降低;最后,基于Lyapunov稳定理论证明系统的跟踪误差最终一致有界,并通过仿真验证该方法的有效性.     

Distributed prescribed performance control for consensus output tracking of nonlinear semi-strict feedback systems using finite-time disturbance observers

The distributed consensus output tracking problem is dealt with for a class of nonlinear semi-strict feedback systems in the presence of mismatched nonlinear uncertainties, external disturbances and uncertain nonlinear virtual control coefficients of the subsystems. The systems are under a directed communication graph, where the leader node is the root. The controller is designed in a backstepping manner, and the dynamic surface technique is adopted to avoid direct differentiation. At each step of virtual controller design, a prescribed performance controller is constructed to achieve prescribed transient performance so that the system states remain in the feasible domain. Then each virtual controller is enhanced by a finite-time disturbance observer which estimates the disturbance term in a finite-time. The properties of the control system are analysed theoretically. It is clarified that the prescribed performance control technique ensures that the system signals stay in the feasible domain, whereas sufficiently small ultimate control errors can be achieved by the finite-time disturbance observers. Finally, the performance of the proposed methods is confirmed by numerical studies.     

Adaptive neural prescribed performance control for a class of strict-feedback stochastic nonlinear systems under arbitrary switchings

This paper presents an adaptive neural tracking control scheme for strict-feedback stochastic nonlinear systems with guaranteed transient and steady-state performance under arbitrary switchings. First, by utilising the prescribed performance control, the prescribed tracking control performance can be ensured, while the requirement for the initial error is removed. Second, radial basis function neural networks approximation are used to handle unknown nonlinear functions and stochastic disturbances. At last, by using the common Lyapunov function method and the backstepping technique, a common adaptive neural controller is constructed. The designed controller overcomes the problem of the over-parameterisation, and further alleviates the computational burden. Under the proposed common adaptive controller, all the signals in the closed-loop system are 4-Moment (or 2 Moment) semi-globally uniformly ultimately bounded, and the prescribed tracking control performance are guaranteed under arbitrary switchings. Three examples are presented to further illustrate the effectiveness of the proposed approach.     

具有执行器故障的四旋翼无人机有限时间容错控制

本文主要研究了四旋翼无人机在外部干扰、执行器存在部分失效和偏置故障并发情况下有限时间轨迹跟踪的控制问题. 通过分析四旋翼无人机动力学特性, 构建了带有外部干扰、执行器机构故障的动力学模型. 基于鲁棒全局快速终端滑模控制算法, 设计了一种有限时间容错控制器, 提高了系统对故障的响应速度. 其次, 针对常值/时变故障和干扰,在控制器设计中采用改进的连续函数进行补偿, 减少了由切换函数引起的系统抖振, 并基于Lyapunov函数对控制器的稳定性进行了分析. 最后, 通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性和可靠性, 同时存在执行器故障和外部干扰的情况下, 无人机能够实现较好的轨迹跟踪性能.     

基于观测器的受扰多项式系统H∞输出跟踪控制

考虑一类受到外部扰动影响的多项式系统在状态不完全可测情况下的H_∞输出跟踪控制问题.首先,综合前馈-反馈复合控制思想,设计基于观测器的输出跟踪控制器,其中反馈镇定控制器用于保证闭环系统稳定,前馈补偿控制器用以实现对参考模型输出信号的跟踪;然后,提出具有输出反馈结构的跟踪控制方法,其优势在于实现了分离原则,可单独设计观测器和控制器,降低计算复杂度;接着,利用依赖全状态的齐次多项式Lyapunov函数导出使得闭环系统渐近稳定且满足H_∞跟踪性能的充分条件,借助多项式平方和凸优化技术可直接求得相应的观测器和控制器;最后,通过数值仿真实例验证所提出设计方法的有效性和优越性.     

输出误差约束下四旋翼无人机预定性能反步控制

针对外界干扰和输出误差约束条件下的四旋翼无人机的跟踪控制问题,提出预定性能反步跟踪控制策略.首先,将四旋翼无人机动力学模型转换为带有外界干扰的严反馈形式;然后,利用反步法设计控制器,通过引入障碍Lyapunov函数保证跟踪误差的预定性能,设计干扰观测器对外界干扰进行估计,并通过滤波器估计姿态子系统中部分虚拟控制输入的导...