欠驱动不对称船舶全局K指数镇定的解耦实现

研究一类欠驱动不对称船舶的全局K指数镇定问题,并且提出一种新的解耦控制方法.首先,对船舶系统进行全局微分同胚变换和状态时变变换,并将其解耦为线性子系统和线性时变子系统,从而将整个系统的镇定控制问题转化为两个简单子系统的镇定问题,简化了控制器的设计;然后,为每个子系统分别设计独立的全局时变指数镇定控制律,实现了欠驱动不对称船舶的全局K指数镇定;最后,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

欠驱动水面机器人变周期全局渐近镇定控制

为了实现欠驱动水面机器人的全局渐近镇定,首先借助微分同胚变换,将欠驱动水面机器人的镇定问题转化成对由两个串级子系统构成的二阶欠驱动系统的镇定问题.针对转换后的系统,本文提出一种光滑的变周期控制方法,以实现对该系统的全局渐近镇定.与已有文献中控制律使用常数周期的方法相比,本文方法根据系统状态实时调整控制律周期,从而提高系统在原点附近的收敛速率.随后,基于上述方法,给出了水面机器人变周期控制算法,实现原系统的全局渐近镇定.最后,仿真对比结果验证所提变周期控制方法的有效性.     

欠驱动刚体航天器姿态机动滑模控制研究

针对欠驱动刚体航天器的姿态机动控制问题,提出一种滑模变结构姿态控制器的设计方法.首先给出3轴稳定的欠驱动航天器姿态动力学和运动学模型,分析其模型特点;然后,设计了欠驱动刚体航天器的渐近稳定滑模控制律,并证明了其李雅普诺夫意义下的全局渐近稳定性.最后的仿真结果表明,该方法能够有效实现欠驱动航天器的姿态控制,且系统具有全局稳定性和鲁棒性.     

一类二阶非完整系统的镇定

研究一类二阶非完整系统的镇定问题. 通过状态和输入反馈变换将系统模型转换为二阶链式标准型, 并对标准型给出一种时变光滑指数镇定控制律. 所得结果应用于欠驱动平面刚体的镇定.     

欠驱动惯性轮摆系统全局滑模控制

针对欠驱动惯性轮摆的镇定控制问题,本文提出了一种新型的滑模鲁棒控制策略,可在系统受到不确定性与外界干扰影响的情况下,实现全局渐近镇定控制.区别于现有方法,本文方法无需切换,且能将无驱动的摆杆摇起至竖直向上位置的同时,确保惯性轮回到初始位置.具体而言,首先对惯性轮摆系统的非线性模型进行非奇异坐标变换,将其变为类积分器形式.随后,根据转换后系统的形式,构造了一种新型的滑模面;经严格分析知,当系统状态处于该滑模面上时,它们将渐近收敛于平衡点.在此基础之上,设计了滑模控制律以确保系统状态始终处于该滑模面上,以实现镇定控制.最后,通过仿真验证了所提控制方法的有效性与鲁棒性,并与现有方法进行了对比.     

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...     

基于自适应Backstepping的欠驱动AUV三维航迹跟踪控制

为了实现欠驱动自治水下机器人（AUV）三维航迹跟踪控制,基于非完整系统理论分析了AUV缺少横向推进器时的欠驱动控制系统特性,并验证了欠驱动AUV存在加速度约束不可积性.基于李亚普诺夫稳定性理论,利用自适应Backstepping设计连续时变的航迹点跟踪控制器,以抑制外界海流的干扰.仿真实验表明,所设计的控制器能实现欠驱动AUV对一序列三维航迹点的渐近镇定,并且航迹跟踪的精确性和鲁棒性明显优于PID控制.     

切换非线性系统的输出反馈周期事件触发控制

本文针对一类在任意切换信号作用下的切换非线性系统, 研究了其输出反馈周期事件触发控制问题. 所考 虑的非线性系统采用非严格反馈形式且含有未知时变控制系数. 在本文中, 仅利用采样时刻的系统输出. 为了估计 系统的不可量测的状态, 基于采样的系统输出构造了降维状态观测器. 为了减少通信资源的利用, 提出了一种新的 输出反馈周期事件触发策略, 该策略包含仅利用事件触发时刻的信息构造的输出反馈事件触发控制器以及仅在采 样时刻间歇性监测的离散事件触发机制. 通过选取可容许的采样周期及合适的公共Lyapunov函数, 证明了闭环系统 在任意切换下全局渐近稳定. 最后, 通过将本文中所给出的控制方案应用到数值算例中验证了其有效性.     

非完整链式系统的时变光滑指数镇定

针对非完整链式系统,导出了一种时变光滑反馈控制律,该控制律可以保证系统状态 全局指数收敛到原点,克服了以往控制律非光滑或虽光滑但却只能渐近镇定系统的缺陷.所得 控制律应用于移动机器人系统的镇定.     

基于级联型具有旋转激励的平移振荡器系统的滑模控制

针对欠驱动具有旋转激励的平移振荡器(TORA)系统的控制问题,本文首次提出一种全局滑模控制方法,使闭环系统在整个控制过程对外界干扰均具有鲁棒性.相比已有控制方法,本文所提方法结构简单,便于实现;而且放宽了对外界干扰的假设条件,可实现闭环系统的全局滑模控制.具体而言,本文首先将系统模型变换为由两个子系统组成的级联形式;随后,针对内环子系统设计了一种虚拟控制输入,在此基础上构造了一种新颖的滑模面并设计了相应的滑模控制器;最后,通过严格的数学分析证明了闭环系统的稳定性及系统状态的渐近收敛性,利用数值仿真测试检验了本文所提方法的控制性能.通过与已有方法进行仿真对比可知,本文方法在镇定控制与鲁棒性方面均表现出良好的控制性能.     

基于飞轮的欠驱动航天器姿态控制器设计

在以飞轮作为姿态控制执行机构的航天器中,如果部分飞轮发生故障而使得航天器欠驱动时,姿态控制性能会急剧下降.本文对两个匕轮的刚性航天器,研究了姿态控制问题.在零动量的假设下,利用Backstepping方法,为欠驱动姿态控制系统设计了一个新型的姿态控制器.设计过程分两步进行:首先,根据姿态运动学模型,设计出可使航天器姿态全局渐近稳定的控制角速率;然后,根据姿态动力学模型,得到使航天器姿态全局渐近稳定的控制力矩.该控制器为非连续控制器,可使航天器姿态误差全局一致渐近收敛为零,并使系统具有良好的动态性能.计算机仿真表明,本文所设计出的控制器是可行的.     

Dynamic Control Approach for Network Systems under Event-triggered Communication with Dual Triggers

This work studies the event-triggered control problem for networked control systems. The plant is controlled directly by a dynamic local controller, which receives the reference control signal from the remote controller. The measurement signal of the plant and the reference control signal of the remote controller have their separate event triggers, and thus the remote controller and the local controller can decide when to transmit signals on their own. It is proved that with the proposed control approach and the dual event triggers, the closed loop system is globally asymptotically stable, which has been illustrated by simulation results.

     

输入饱和下非线性系统的事件触发控制器设计

本文研究了具有输入饱和的非线性系统事件触发控制策略设计问题.首先,针对输入饱和下非线性系统,建立混杂系统模型.其次,当非线性函数满足Lipschitz条件下,给出闭环混杂系统局部一致渐近稳定性的稳定判据,并设计了事件触发饱和控制器.然后,当非线性函数满足扇区条件时,给出闭环混杂系统框架下满足局部一致渐近稳定性的LMI条件,并设计了事件触发饱和控制器.进一步地,在事件触发饱和控制器作用下,分析了非线性系统的半全局鲁棒镇定性.最后,结合两个仿真实例说明了所提出事件触发控制策略的有效性.     

Stabilization for a class of stochastic nonlinear systems with arbitrary switching via the common Lyapunov function method

This paper addresses the stabilization problem for a class of stochastic nonlinear systems with arbitrary switching. Based on the simultaneous domination approach, the common Lyapunov function method and the backstepping technique, a state feedback controller and an output feedback controller are designed, respectively. The closed-loop systems are proved to be globally asymptotically stable in probability. The main advantage of the proposed control schemes is that the controllers are independent of switching signal. Two simulation examples are given to illustrate the effectiveness of the proposed control strategies.     

Control of nonholonomic systems with nonlinear unmeasured dynamics by output feedback

This paper studies the problem of output feedback stabilization for a class of more general nonholonomic systems whose nonlinear drifts are polynomially bounded by high-order terms of unmeasured states. An output feedback controller is obtained applying the backstepping approach and the dual observer method. The homogenous theory is also utilized in the recursive process. Together with a switching control scheme, the designed controller guarantees that the closed-loop system is output feedback globally asymptotically stabilized and the states converge to zero asymptotically. A simulation example is provided to illustrate the validness of the proposed approach.     

离散Markov跳变系统事件触发H∞量化输出反馈控制

主要研究了基于事件触发机制的离散Markov跳变系统的量化H∞输出反馈控制问题,对系统的建模、稳定性分析、控制器设计等三个方面进行了研究。首先,提出了事件触发通信机制来确定当前采样数据是否能够传输到控制器当中。其次,在传感器与控制器之间引入对数量化器,利用扇形有界方法,量化采样数据达到降低网络中的数据传输速率的目的。接下来,考虑网络诱导时延建立一种具有外部扰动的Markov跳变时滞系统。构造Lyapunov-Krasovskii 泛函,得到使闭环系统渐近稳定且满足H∞性能指标的充分条件,在此基础上设计相应的输出反馈控制器。最后通过数值仿真来证明本文所提方法的有效性。     

四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪与滑模事件驱动控制

四旋翼飞行器作为一个典型的欠驱动的系统,具有强耦合、非线性等特性.针对飞行器外部干扰、和通信资源受限条件下的轨迹跟踪控制问题,进行滑模事件驱动控制方法的研究.首先,分析动力学特性,通过时间尺度分解方法将系统解耦成位置子系统和姿态子系统.其次,将位置子系统转化为严格反馈形式,设计反步滑模控制器,实现位置轨迹稳定跟踪;针对姿态子系统存在时变有界扰动及通信受限,设计滑模事件驱动控制律,在抑制干扰的同时实现对虚拟姿态跟踪指令的跟踪.根据Lyapunov分析方法证明了所设计控制器的稳定性,并通过理论分析证明闭环控制系统不会出现Zeno现象.最后,仿真结果验证了滑模事件驱动控制律在存在外部扰动和通信受限时四旋翼无人飞行器轨迹跟踪的鲁棒性.     

含模型不确定性的上三角非线性系统的全局镇定

本文针对一类具有模型不确定性的上三角非线性系统,利用嵌套饱和函数方法研究其全局镇定问题.首先,对系统中存在的未知幂指数、未知控制参数和不确定性非线性函数施加适当假设,并基于Lyapunov稳定性定理利用已知的参数设计局部镇定控制器.然后,将设计的控制器与饱和函数结合得到饱和控制器.通过适当选取饱和度,可以证明只要不确定参数在限定的范围内,该控制器都能够使得闭环系统全局渐近稳定.最后,选取不同的系统幂指数搭建数值仿真算例.在相同的控制器作用下,系统状态和控制轨迹渐近收敛至原点,从而验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性.     

区间2型T-S模糊系统的事件触发预测控制

本文研究了前提不匹配的区间2型(IT2)模糊系统的事件触发预测控制问题. 首先, 提出了一个IT2模糊系统 模型, 包括动态事件触发机制(ETM)和预测控制器, ETM可以通过减少传输的数据包数量来节省有限的网络资源, 预测控制器可以预测两个成功传输时刻之间的系统状态来处理不可靠的通信网络. 其次, 根据李雅普诺夫稳定性理 论和前提不匹配方法, 得到了系统稳定的充分条件. 然后, 根据线性矩阵不等式(LMI)得到控制器增益. 最后通过数 值模拟验证了方法的有效性.     

Global Output‐Feedback Stabilization for Stochastic Nonlinear Systems with Function Control Coefficients

This paper investigates the global output‐feedback stabilization for a class of stochastic nonlinear systems with function control coefficients. Notably, the systems in question possess control coefficients that are functions of output, rather than constants; hence, they are different from the existing literature on stochastic stabilization. To solve the control problem, an appropriate reduced‐order observer is introduced to reconstruct the unmeasured system states before a smooth output‐feedback controller is designed using the backstepping method, which guarantees that the closed‐loop system is globally asymptotically stable in probability. This paper combines the related results in the deterministic and stochastic setting and gives the first treatment on the global output‐feedback stabilization for the stochastic nonlinear systems with function control coefficients. A simulation example is given also to illustrate the effectiveness of the proposed approach.