基于状态可行域约束的极值搜索系统预设性能控制

针对极值搜索系统在稳定状态存在可行域约束情况下的预设性能控制问题,首先利用罚函数构造新型目标函数并设计极值参考轨迹;然后,通过性能函数和误差转换函数构建系统等效模型,利用反演控制方法进行预设性能控制器设计;最后,设计不确定参数自适应估计律.系统在实现极值搜索的同时能够满足预先设定的性能指标.数值仿真验证了所提出方法的有效性.     

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.     

非仿射纯反馈系统自适应神经网络快速预设性能控制

鉴于在纯反馈系统控制器设计过程中广泛采用的反推法需要逐级设计虚拟控制律, 设计过程复杂, 本文通过变量替换将一类未知非仿射纯反馈系统变换为等效的积分链式系统. 利用有限时间收敛的微分器对转换系统的状态进行估计, 并构造时变的误差面. 通过对误差面的瞬态与稳态值进行性能约束并设计自适应预设性能控制器, 实现了对跟踪误差的预设性能控制. 最后, 基于Lyapunov理论进行了稳定性分析, 证明了闭环系统所有信号半全局最终一致有界. 仿真算例表明了控制方法的有效性.     

无人艇轨迹跟踪的预设性能抗扰控制研究

针对海洋环境干扰下的无人艇轨迹跟踪问题,提出一种预设性能轨迹跟踪抗扰控制方法。首先,该方法通过引入具有约束作用的性能函数设计预设性能反演控制器。同时采用干扰观测器精确补偿外界未知扰动,并引入带σ修正漏项自适应律对海洋环境干扰的界进行估计,实现了无人艇轨迹跟踪抗扰控制,且同时保证其暂态性能和稳态性能。然后根据李雅普诺夫稳...     

基于特征深度融合的变电站巡检机器人障碍自动化检测算法

以全部目标跟踪为计算量，无法支撑变电站实时数据变化，巡检机器人障碍检测结果存在偏差，只能预估出障碍的大体位置。该文采用双目深度估计的基本思路，生成变电站巡检机器人检测策略，匹配变电站的实时运行数据；按照决策边界定义数据最大处理边缘，划分巡检机器人行进路线中障碍特征；基于特征深度融合技术构建检测模型，对变电站巡检机器人的障碍目标进行定位；通过卡尔曼滤波计算障碍目标中心，完成巡检机器人的障碍自动化检测。以变电站内较狭窄空间为测试环境，在巡检机器人行进路线中，连续设定8个障碍点，进行测试，结果显示，该方法可以检测出全部障碍点，且位置参数匹配成功，横轴与纵轴位置误差在1 mm左右，但两组传统算法会存在障碍点未被检测到的情况，且位置匹配误差超过10 mm。     

欠驱动水下机器人三维轨迹跟踪有限时间预设性能控制

本文研究了具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的欠驱动水下机器人(AUVs)三维轨迹跟踪有限时间预设性能控制问题,提出新型预设性能函数和误差映射函数,将受预设性能限制的轨迹跟踪误差转变为非受限的变换后误差;构造新的超螺旋(ST)扩张状态观测器,在有限时间内实时估计AUV不确定动态和未知时变海洋环境扰动引起的总扰动;基于...     

基于RTK定位技术的输电线路无人机自主巡检方法

为了提高无人机在输电线路巡检作业中的定位精度,保障无人机按照预设巡检线路进行自主巡检,提出基于RTK定位技术的输电线路无人机自主巡检方法。采用基于RTK定位技术获取输电线路无人机的动态位置,基于无人机动力学模型识别无人机姿态信息,结合串级模糊PID控制器控制无人机的作业姿态按照巡检路线巡检,实现输电线路无人机自主巡检。实验结果表明,所提方法能高精度定位无人机位置,定位误差控制在1 cm之内,并且俯仰角都可在1 s内抵达理想值,可有效控制无人机准确按照预设巡检线路完成自主巡检,避障效果较好。     

未知初始跟踪条件的非线性系统预设性能有限时间有界$H_infty$控制

研究一类具有外部扰动的非线性系统在初始跟踪条件未知情况下的预设性能有限时间有界$H_\infty$控制问题.针对预设性能控制设计,提出一个新的误差转换思想,并据此设计新的预设性能函数,解决预设性能控制依赖于系统被约束量初始条件的问题.基于所提出预设性能函数、有限时间控制理论以及有界$H_\infty$的设计方法,获得系统无需初始跟踪条件的预设性能有限时间有界$H_\infty$控制器,同时解决非线性系统在有界稳定情况下难以设计$H_\infty$控制器的问题,保证跟踪误差以预先设定的动态性能在有限时间内收敛至平衡点附近的小邻域内,并对外部干扰有较强的鲁棒性能.     

永磁同步电机有限时间预设性能控制

为实现扰动作用下对永磁同步电机角位置伺服系统的高瞬态和稳态跟踪性能控制,本文提出一种具有预设性能约束的有限时间控制方法.首先,设计扰动观测器实现对负载力矩扰动的估计与补偿.其次,引入有限时间预设性能函数以保证角跟踪误差的动态性能,并通过可逆变换将受不等式约束的角位置跟踪误差转换为等效的无约束误差形式.然后,将有限时间指...     

高超声速飞行器非仿射模型的预设性能反演控制

针对高超声速飞行器高动态、快时变、强耦合、不确定与多约束的非仿射模型,设计了一种无需估计和逼近的新型预设性能反演控制方法.首先将高超声速飞行器纵向运动模型分解为速度子系统和高度子系统并表示为非仿射形式,并对两个子系统分别设计新型预设性能反演控制器.所设计的控制器不再需要虚拟控制律对时间反复求导,从而避免了"微分膨胀问题".其次通过设计性能函数,保证跟踪误差限定在预期范围内,使控制器具有满意的动态性能和稳态性能,同时明显降低了计算量.最后,通过仿真验证了控制器的有效性及可行性.     

基于激光传感器的变电站巡检机器人导航

针对变电站环境复杂,人工巡检强度大,效率低的问题,研究了基于激光雷达的巡检机器人系统。采用激光即时定位与地图构建(SLAM)算法建立环境地图,应用自适应蒙特卡洛定位(AMCL)算法结合激光以及里程计的数据进行实时定位。针对变电站环境,在地图中标定巡检坐标以及路径中的关键点,设计了全局路径规划以及点对点的导航算法。实验结果表明:巡检机器人能在室内外有效工作,室内外测试条件下的x和y方向的平均绝对误差均小于2 cm,角度的平均绝对误差均小于2°。     

基于Backstepping 的非线性系统预设性能鲁棒控制器设计

针对一类具有外界扰动的严格反馈非线性系统,将Backstepping技术、预设性能控制和鲁棒控制相结合,提出一种预设性能鲁棒控制器设计方法.通过误差转换,建立系统等效误差模型,利用Backstepping和鲁棒控制逐步递推选择适当的Lyapunov函数设计预设性能鲁棒控制器.该控制策略兼顾系统的暂态和稳态性能,仿真实例表明了所提出设计方法的有效性.     

舰载无人机着舰轨迹跟踪鲁棒控制器设计

为确保舰载无人机着舰阶段精确地跟踪下滑轨迹,并且在稳态性能基础上具有更好的瞬态性能,本文在新的等效误差模型的基础上提出了受限指令预设性能控制律设计方法.首先考虑了舵面受限和角速率受限等实际工程问题,引入受限指令滤波方法,然后综合考虑建模误差和外界扰动,引入了连续的双曲正切函数对饱和函数进行近似,并设计了自适应律对模型未知参数进行估计,最后引入了预设性能方法对着舰的瞬态性能进行了重点分析.通过理论推导和仿真验证,证明了本文提出的方法在复杂着舰环境下有较好的瞬态性能和较好的鲁棒性.     

基于深度学习的巡检机器人避障轨迹自动控制系统设计

为了提高巡检机器人在复杂环境下的避障能力,使机器人能够安全地完成巡检任务,设计基于深度学习的巡检机器人避障轨迹自动控制系统。设计由CCD传感器、信号处理芯片等设备组成的工业智能视觉CCD相机,基于FPGA和USB2.0的视频采集卡传输采集数据,完成硬件部分的设计。在软件设计中,对采集的图像实施目标分割、双目目标匹配等预处理,通过对摄像头实施双目视觉标定获取障碍物空间位置三维信息,基于深度学习中的CRNN设计机器人自主避障规划网络模型,并设计模糊轨迹控制器,实现避障中的轨迹自动控制。系统测试结果表明,设计系统最终成功避开了三个动态障碍物,最大轨迹控制误差的最大值为1.45°,最小轨迹控制误差的最大值为0.62°,动态避障巡检速度始终在3.5m/s左右,表现出了精准而稳定的轨迹控制效果。     

考虑控制饱和的连铸结晶器振动位移系统预设性能控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器控制系统执行器输入饱和和状态受限问题,同时考虑系统存在负载扰动、参数摄动等不确定性问题,提出一种基于扩张状态观测器的跟踪误差预设性能反步控制策略.首先,针对执行器输入饱和问题,建立系统的数学模型;然后,采用一种线性扩张状态观测器实时观测系统时变负载扰动、参数摄动等不确定性,并对观测误差的收敛性进行分析;接着,针对伺服电机电流饱和与跟踪误差预设性能控制问题,通过引入辅助状态变量确保系统跟踪误差限定在允许范围内,设计基于扩张状态观测器的反步(Backstepping)控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性,并通过系统仿真验证所提出控制策略的有效性.     

考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人预设性能控制

提出一种考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人(Redundantly-actuated cable driving parallel robots, RCDPRs)预设性能有限时间控制算法. 首先, 采用Newton-Euler方程推导系统动力学模型, 并建立绳索拉力优化模型保证系统正常工作; 其次, 将输出约束问题转化为位置跟踪误差的坐标变换问题, 设计给定时间衰减函数与非对称变换函数, 将约束形式的跟踪误差转化为无约束变量, 实现给定时间的输出约束; 然后, 针对滑模控制的抖振问题, 在预设性能控制中采用模型不确定与扰动估计器进行扰动估计, 并通过自适应方法对扰动估计误差进行补偿; 以此为基础, 提出一种基于精度驱动且在分段点处三阶连续的终端滑模面进行控制算法设计; 最后, 采用Lyapunov函数证明算法的有限时间收敛特性, 并以7自由度冗余驱动绳索并联机器人为控制对象进行仿真研究, 对算法进行验证.     

基于龙伯格观测器的感应电机预设性能位置跟踪优化控制EI北大核心CSCD

考虑暂稳态约束、控制参数优化及参数摄动和负载扰动等对感应电机位置跟踪控制性能的影响,本文提出了一种基于龙伯格观测器的预设性能优化控制方法.首先,针对电机转子磁链在实际中不可测的问题,采用龙伯格观测器对其进行了快速准确的估计.其次,基于反步法完成感应电机位置预设性能控制器的设计,基于变增益指数趋近律完成感应电机磁链滑模控制器的设计,通过构造干扰观测器对电机系统中由参数摄动和负载扰动引起的不确定项进行观测,实现了对系统给定值准确的跟踪控制.再次,将遗传算法(GA)与改进的粒子群优化(IPSO)算法相结合,对所设计的控制器参数进行优化整定,进一步提高了系统的收敛速度和稳态精度.基于李雅普诺夫稳定性理论分析表:所设计的控制器能够保证位置跟踪误差一直处于预设边界内,且整个闭环系统是全局一致有界稳定的.最后,通过仿真和模拟实验对比分析验证了本文所提方法的有效性及在实际电机系统中应用的可行性.     

变电站自动化维护巡检机器人设计

传统方法在进行变电站维护时,存在变电站运维工作量大,人工操作依赖较强等问题.为此,本文设计变电站运行自动化维护巡检机器人.依据VFH(Vector Field Histogram)算法完成机器人避障控制,以无线网络作为通信通道,利用自动化维护模块完成变电站运行自动化.结果表明,本文方法具有较高的准确性,处理效率高,能有...     

基于滑模变结构的轮式机器人运动误差控制器设计

面对当前使用的基于黎卡提微分方程、综合位姿误差控制优化仿真方法受到不确定性因素干扰,导致控制误差较大的问题,提出了基于滑模变结构的轮式机器人运动误差控制器设计。使用双框架陀螺仪,为控制器提供电力。采用FB900C/E 角位变送器,将交流信号转换为角位移输出。使用TMS320F2812的DSP控制器,负责控制整个控制器的数据传输以及电平转换。充分考虑相变量输入的n阶线形数据,设计滑模变结构控制律,计算滑模变结构控制滑动面。在滑模变结构模态控制阶段,构建滑模变结构模态控制阶段的运动方程矩阵。对滑模切换面强制状态点运动,通过控制目标实现稳定控制。对DSP程序控制流程进行设计,将基于滑模变结构的误差控制结果传递到电位器上,并将运行数据发送到主机,由此完成轮式机器人运动误差控制。由实验结果可知,该控制器通过自适应调整参数后,滑模抖振得到明显消除,且最大控制误差为0.01rad,具有精准控制效果。     

基于激光定位的变电站智能巡检机器人导航系统设计

导航和定位是变电站智能巡检机器人完全自主运行的关键,针对巡检机器人现有导航定位方式的不足,将激光定位技术应用于巡检机器人导航,设计了巡检机器人激光导航系统,详细介绍了系统的软硬件结构及实现方法,并在室外环境下对导航系统进行了实验测试;实验结果表明,巡检机器人运行平稳,具有较高的导航控制精度;实验中机器人的运行轨迹重合度较好,直线运行时运动轨迹与路径横向垂直偏差在±15mm以内,航向偏差可控制在±1.5°左右。