带有控制饱和约束的航天器交会输出反馈控制

针对航天器交会问题存在外部干扰和输入饱和的情况, 本文提出了一个输出反馈跟踪控制器. 仅利用测量得到的相对位置信息, 设计了一个滑模观测器用来估计相对角速度, 并根据该估计值设计了一个鲁棒反步控制律. 通过引入一个辅助系统, 对输入饱和情况进行了分析. 采用Lyapunov 稳定性理论, 证明了本文提出的该控制器能够保证位置和速度跟踪误差的一致有界性. 最后通过数值分析验证了所设计的输出反馈控制器的有效性.     

航天器全状态约束输出反馈控制

针对无角速度测量的刚性航天器姿态跟踪问题,提出一种全状态约束输出反馈控制方法.建立修正罗德里格参数描述的系统模型,提出能够适用于约束与非约束情况的改进型障碍李雅普诺夫函数(MBLF),拓展传统对数型障碍李雅普诺夫函数的适用范围.构造二阶辅助系统,将控制输入和饱和输入之间的差作为构造系统的输入,进而产生信号以补偿饱和的影响.设计状态观测器估计未知状态量,并结合反步法设计输出反馈控制律,保证系统全状态约束性能和姿态跟踪精度.通过李雅普诺夫稳定性分析证明姿态观测误差和跟踪误差能够达到一致最终有界.仿真结果验证所提方法的有效性.     

带有饱和的电机伺服系统非奇异终端滑模funnel控制（英文）

本文提出一种非奇异终端滑模funnel控制(NTSMFC)方法,实现带有饱和输入电机伺服系统的指定性能跟踪控制.根据中值定理,非光滑饱和函数转化为放射形式,并且应用一个简单的神经网络进行逼近和补偿.为保证跟踪误差被限制在指定的界限内,同时为避免构建复杂的barrier李雅普诺夫函数或逆函数,本文采用一个新的限制变量.然后,构建非奇异终端滑模funnel控制器保证电机伺服系统的指定跟踪性能.该方法无需事先已知输入饱和函数的界限等先验知识,且基于李雅普诺夫函数设计可以保证位置跟踪误差的收敛性,最后给出仿真对比实例证明了该方法的有效性.     

带有未知虚拟控制增益符号的自适应输出反馈控制

针对带有未知虚拟控制增益符号的一类非线性系统。采用基于参数的坐标变换和参数重定义。将该系统转化为参数输出反馈形式。从而将未知的虚拟控制增益归入高频控制增益中．由于该高频控制增益符号未知。将Nussbaum增益技术融入自适应Backstepping方法中设计自适应输出反馈控制器．采用调节函数法设计参数自适应律以避免过参数估计．该方法所设计的自适应输出反馈控制器可确保闭环系统的所有信号一致有界。且跟踪误差渐近收敛．仿真研究表明了该设计方法的有效性．     

机械系统的快速有限时间跟踪控制及其在航天器交会中的应用（英文）

针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进一步地,在一定情形下,所设计的快速有限时间控制律能够退化为经典的反步法、有限时间控制律和非奇异快速终端滑模控制律.最终,将所设计的控制律应用于航天器交会系统,数值仿真结果验证了所提方法的有效性.     

机器人自适应PID饱和输出反馈控制

针对机器人系统在仅有位置传感、驱动器饱和、存在建模不确定性及干扰等条件下的轨迹跟踪控制问题,提出了一种新的自适应PID控制方案。采用高精度滤波器估计机器人关节速度,采用带饱和函数的控制器限制输出力矩,采用自适应PID控制器补偿建模不确定性和干扰。通过Lyapunov直接法,证明系统的稳定性。最后以两关节机器人为例,给出仿真实验结果,验证了算法的有效性。     

带有输出约束的水面船舶实际有限时间控制

考虑带有输出约束的水面船舶系统,提出一种自适应神经网络航迹跟踪实际有限时间控制算法.基于反步法设计有限时间控制律,构造障碍李雅普诺夫函数处理输出约束问题,采用神经网络逼近船舶模型中的不确定信息.在控制算法递推过程中,通过设计一个关于跟踪误差的可微幂函数来避免控制器中的奇异问题.借助李雅普诺夫稳定性分析理论,证明了航迹跟踪误差在有限时间内收敛到有界的邻域内.最后,以一艘1:70的比例模型船作为仿真对象,来验证所提出的航迹跟踪实际有限时间控制算法的有效性.     

带有网络拓扑优化的分布式预测控制方法（英文）

通常在大系统中,全局信息优化的系统,其性能要高于局部信息优化系统.全局信息优化的算法由于大系统的复杂程度往往不可行.所以通常会用分布式算法来解决此类问题.在分布式算法中,为了获得更好的系统性能,要尽可能多的采用更多的信息信息交换,然而这样会带来信息网络的负担增大.本文在预测控制性能指标中引入通信代价,并提出了一种随着系统状态变化的通信网络拓扑切换方法.文中给出了该算法在供水管网动态模型中的仿真结果,表明本方法的可行性.     

带有干扰的挠性卫星非线性姿态输出反馈控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在参数不确定性、干扰（常值扰动和正弦扰动）及挠性附件的振动控制问题,提出了一类基于输出反馈控制系统的鲁棒设计方法,该设计仅利用姿态四元数输出信息,而无需角速度、挠性变形位移及其速率测量信息;同时,在控制中又引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差,并且控制器参数的选者并不依赖于系统参数,基于Lyapunov理论证明了所设计的控制器保证了姿态的稳定和模态振动的衰减;最后,将该方法应用于挠性卫星的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器不仅对参数不确定性具有很好的鲁棒性,而且能够有效消除常值干扰和正弦干扰的影响,在完成姿态机动控制的同时,能够抑制挠性附件的结构振动,具有良好的过渡过程品质．     

三相脉宽调制整流器的约束预测控制（英文）

本文将基于并行神经网络优化的约束模型预测控制(MPC)应用于脉宽调制(PWM)整流器中,提高了电网的质量.在三相静止坐标系下,建立了三相PWM整流器的解耦数学模型,采用约束模型预测控制策略,突破了有限集和无约束条件下预测控制的局限性.为了提高单步优化的速度,采用神经网络优化算法求解模型预测控制的在线优化.在保证系统单位功率因数的前提下,当系统负载突然变化时,具有快速动态响应稳定输出直流电压的性能.采用FPGA控制器实现并行计算,减少了预测控制算法的计算时间.最后,通过仿真和实验结果得到,采用本文的控制策略,总谐波失真(THD)降低了2.5%,达到稳态的时间大约是PI控制算法的五分之一,为12 ms,验证了该方法的可行性和有效性.     

带有时变输出约束的机械臂自适应轨迹跟踪控制

针对带有输出约束和动力学模型参数未知的机械臂系统,提出一种基于时变tan型障碍李雅普诺夫函数的自适应控制方法.首先,通过设置时变约束边界,给出了一个时变tan型障碍李雅普诺夫函数,保证系统在初始误差较大情况下的瞬态性能和稳态性能,拓展了传统对数型障碍李雅普诺夫函数的适用范围.其次,为了处理机械臂动力学模型的不确定性,采用径向基神经网络(RBFNN)拟合未知的动力学模型,设计了基于RBFNN的自适应控制器,在满足约束的情况下提高了系统的鲁棒性.最后,通过二自由度机械臂轨迹跟踪的仿真,验证了所提方法的控制性能优于传统的PD控制器.     

时变输出约束非完整系统的非缩放预设时间镇定控制设计（英文）

本文针对一类具有时变输出约束链式非完整系统的预设时间镇定问题,首先通过tan型障碍Lyapunov函数处理系统输出约束,然后基于所给的新型切换时变函数,直接应用于虚拟(实际)控制器设计,提出了系统状态反馈镇定的非缩放变换设计方案.本文所设计的控制器使得闭环系统状态不违反约束的同时,可在任意给定的有限时间内收敛到零点.与传统的基于缩放变换设计相比,本文所提出的控制策略既有效解决了控制器的计算奇异性问题,又减少了关于时变缩放函数的计算,使控制器设计更为简单.最后,通过仿真结果验证了所提设方法的有效性.     

全局收敛的带有输出约束柔性关节机械臂分段控制

针对带有输出约束和模型不确定的柔性关节机械臂系统,运用奇异摄动法将系统解耦成慢子与快子系统且分别进行控制器设计,从而实现与刚性控制方法的联系且能减少计算量.针对快子系统,采用速度差值反馈来抑制关节柔性引起的系统弹性振动.针对慢子系统提出了一种全局收敛的分段控制策略,将收敛域拓展到全局,克服了基于tan-障碍Lyapuov函数(BLF)反演控制需要系统初始误差在收敛域内的缺陷,且应用径向基(RBF)神经网络消除未知干扰和模型不确定性引起的误差,至此保证了系统的轨迹跟踪和输出约束要求.仿真对比表明,所提方法能使柔性关节机械臂在任意初始位置均能保持良好的跟踪性能,体现了控制器的有效性和优越性.     

饱和不确定离散切换系统的静态输出反馈控制

研究一类具有饱和输入的多胞不确定性离散切换系统在平均驻留时间切换方式下的静态输出反馈控制问题.在平均驻留时间切换信号下,基于参数依赖间断切换Lyapunov函数和几个基本引理,通过求解LMI最优问题设计出使闭环系统达到局部指数稳定的静态输出反馈控制器,并给出了系统稳定的吸引域.仿真结果表明了所提出的设计方法的有效性.     

全状态约束的时滞系统神经网络输出反馈控制

针对一类严格反馈形式的单输入单输出时滞系统,研究在全状态约束下的输出反馈控制.首先,设计状态观测器估计不可测量的状态;其次,利用RBF神经网络逼近未知的非线性函数,利用障碍Lyapunov函数确保全状态约束及Lyapunov-Krasovskii方法消除时滞对系统的影响;最后,设计输出反馈控制器,并且有更少的更新参数减少了计算负荷.所设计的控制器可以保证闭环系统中所有信号半全局一致最终有界,信号误差收敛到小的领域内.仿真例子进一步验证了所提出方法的有效性.     

配置区域极点的约束方差动态输出反馈控制

在随即控制问题中,控制系统的稳态状态方差及闭环极点是分别表征控制系统稳、暂态特性的两个重要性能指标.这里所研究的是,设计一个动态输出反馈控制器,使闭环系统的稳态状态方差不大于允许的上界,同时闭环极点位于期望的圆形区域中.文中给出了期望控制器的存在条件及其解析表达式,并提供了相应的数值例子.     

具有未建模动态和输出约束系统的自适应输出反馈控制

针对一类具有未建模动态和输出约束的输出反馈非线性系统, 提出一种自适应输出反馈动态面控制方案. 利用神经网络逼近未知连续函数, 分别设计K滤波器和动态信号估计不可测量的状态, 并处理动态不确定性. 引入障碍李雅普诺夫函数并设计自适应控制器以保证BLF有界, 从而实现输出约束. 理论分析表明, 闭环控制系统是半全局一致终结有界的, 且满足输出约束, 仿真结果验证了所提出方案的有效性.     

带有输入饱和及输出受限非仿射系统固定时间跟踪控制

针对具有量化输入饱和及输出受限的非线性非仿射系统,提出固定时间自适应神经网络跟踪控制方法.引入中值定理解决系统具有非仿射结构的问题;基于反步法,使用Barrier Lyapunov函数约束系统输出,并利用RBF神经网络逼近未知函数;根据固定时间控制理论设计输入信号,该输入信号由滞后量化器量化,以降低控制信号的通信速率,并保证该系统在满足量化输入饱和及输出受限的条件下,系统可以在固定时间内跟踪上期望信号,且该系统收敛时间与初始状态无关.最后通过Matlab仿真软件验证所设计控制器的有效性.     

带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制

针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后假定系统模型参数未知,基于反步法给出了非线性控制律和参数自适应律.利用Lyapunov理论证明了这种自适应输出反馈控制系统的稳定性.仿真结果表明本文所提控制器具有较好的控制性能,对不确定性模型参数具有良好的自适应性.     

带有输出约束的柔性关节机械臂预设性能自适应控制

针对带有输出约束和模型不确定的柔性关节机械臂系统,提出一种基于时变障碍李雅普诺夫函数的预设性能自适应控制方法.通过构造指数衰减的时变约束边界,提出时变正切型障碍李雅普诺夫函数,能够同时适用于约束与非约束情况,进而拓宽传统对数型障碍李雅普诺夫函数的适用范围.此外,通过预先设置时变边界函数的相关参数,使得系统输出在初始阶段...