迭代扩张状态观测器及其在迭代学习控制中的应用

针对一类迭代学习控制(ILC)系统的不确定项,根据时域中扩张状态观测器的思想,提出迭代域中线性迭代扩张状态观测器(LIESO),该线性迭代扩张状态观测器可以利用迭代过程的跟踪误差给出迭代学习控制系统的不确定项的显式估计。给出了基于该估计的迭代学习控制算法,并应用类Lyapunov方法证明其收敛性。仿真结果表明,所提出的迭代学习控制算法是有效的,应用迭代扩张状态观测器可以大幅度提高迭代学习效率。     

基于观测器跟踪非一致轨迹的迭代学习控制器设计

针对状态难以直接测量的一类不确定非线性系统,基于状态观测器进行相应的迭代学习控制设计,可实现在给定区间上对变轨迹的全局精确跟踪．当任意两次迭代的目标轨迹完全不同,并且系统状态信息不完全已知时,通过引入能量函数的方法,可以证明随迭代次数增加,跟踪误差渐近收敛至零．仿真结果验证了结果的有效性．     

基于扩张状态观测器的鲁棒迭代学习控制

针对一类包含模型不确定和外界干扰等非重复扰动的线性离散系统,本文通过将迭代学习控制与自抗扰技术相结合,提出一种新的基于扩张观测器的鲁棒迭代学习控制方法.本文以时间轴和迭代轴两个方向同时出发考虑系统的非重复扰动估计和稳定收敛问题.将与时间和迭代轴同时相关的模型不确定及外界干扰等因素归纳为系统总扰动,针对其非重复变化特性给出了扩张观测器的设计,保证在批次内快速、准确地估计系统总扰动;基于上述扰动估计,设计新型的迭代学习控制律,利用线性矩阵不等式方法证明了整个鲁棒迭代学习系统的稳定性和收敛性,并给出合理的控制器参数估计条件.此外,讨论了迭代学习控制中第一批次的控制律设计问题,给出合理的自抗扰控制器设计.最后通过仿真对比实验验证了本文方法的可行性和有效性.     

基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制

针对一类带扰动有限时间内重复运行的离散时间非线性非仿射不确定系统,本文提出了一种基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制方法.首先,提出了改进的迭代动态线性化方法,将被控系统线性化为与控制输入有关的仿射形式,并将不确定性合并到一个非线性项中;然后,设计了迭代扩张状态观测器对非线性不确定项进行估计,作为对扰动的补偿;最后,设计了性能指标函数,通过最优技术,提出了参数迭代更新律和最优学习控制律.本文通过数学分析,证明了跟踪误差的有界收敛性.仿真结果验证了方法的有效性.所提出的新型迭代动态线性化方法可很大程度上降低线性化后的控制增益的动态复杂性,使其易于估计.所提出的迭代扩张状态观测器可以在重复中学习,对非重复扰动可进行有效的估计.此外,本文控制器的设计与分析是数据驱动的控制方法,除了被控系统的输入输出数据以外,不需要任何其他模型信息.     

D型迭代学习控制及其在FNS肢体运动控制系统中的应用

给出了离散系统D－型迭代学习控制算法收敛的一种充分条件,并加以证明。采用D型迭代学习控制算法,对基于功能性神肉电刺激的曲腕和曲肘运动进行了临床实验研究,结果表明,D型迭代学习算法改善了FNS肢体运动控制的跟踪性能,曲肘和曲腕运动轨迹平滑、稳定,并且刺激控制脉冲变化平缓,受试者无任何不良生理反应。     

压电舵机动态迟滞建模与带有鲁棒干扰观测器的两自由度控制

压电宏纤维复合材料(MFC)驱动的舵机具有功耗低、质量小以及可靠性高等优点,在无人飞行器领域有很大的应用潜力.压电材料的动态迟滞非线性会降低舵机的控制精度和稳定性, MFC柔性结构使舵机易受外扰影响.本文首先建立MFC舵机Hammerstein动态迟滞非线性模型,并设计了迟滞逆补偿器.针对模型不确定性和外扰影响,设计了带有鲁棒干扰观测器的二自由度控制器,保证在外扰和模型不确定性下控制系统的鲁棒性. MFC舵机控制实验结果表明,所设计的控制器具有良好的抗干扰性能和鲁棒性,较传统干扰观测器显著提高了控制性能.     

基于迭代学习观测器的航天器姿态主动容错控制

针对含有外部扰动和执行器故障的一类航天器姿态控制系统,本文提出基于迭代学习观测器的主动容错控制方案.首先,建立了含有外部扰动和执行器故障的航天器姿态控制系统的运动学和动力学模型.其次,为了提高观测器的故障估计精度,在传统迭代学习观测器设计基础上引入上一时刻状态估计误差信息,文章提出一种改进型学习估计算法.进一步,基于滑模控制和指定时间稳定理论,利用学习观测器的故障估计信息设计指定时间主动容错控制器.与现有的航天器主动容错控制方案相比,本文所提出的算法的优势在于可以使故障系统的姿态能在指定时间跟踪上指令信号.基于Lyapunov方法,本文从理论上证明了改进型学习观测器和姿态容错控制系统的稳定性.最后,通过数值仿真,说明了所提容错控制方案的有效性和可行性.     

基于内模的机器人迭代学习控制

本文根据内模控制的概念，设计一个扰动控制器，使机器人系统表现为固定参数的解耦线性化系统．基于此线性系统，提出了一种迭代学习控制律，给出了算法收敛的充分条件．算法的参数选择非常简单，从而易于满足收敛条件．仿真结果表明了算法的有效性．     

XY 平台的迭代学习控制初次控制信号选定

当XY运动平台当前期望轨迹与以往轨迹基元的组合相似时,本文提出如何选定迭代学习控制过程的初次控制信号.首先依次提取各个相似轨迹基元的控制信号,对它们进行相应的旋转和平移变换,并在前后轨迹基元拼接处采用线性插值算法进行控制信号无扰切换,从而获得当前操作的迭代学习控制的初次迭代控制信号;最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性.     

一类随机系统基于干扰观测器的抗干扰控制

针对一类带有多源干扰的随机系统,研究其抗干扰控制问题.针对可以由未知参数的外源系统产生,代表频率、振幅和初相都未知的干扰,构建随机自适应干扰观测器对其进行估计.基于此,结合自适应控制和随机控制的方法,提出基于干扰观测器的抗干扰控制策略,保证复合系统的所有信号均为均方渐近有界.仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性.     

Iterative Learning Disturbance Observer Based Attitude Stabilization of Flexible Spacecraft Subject to Complex Disturbances and Measurement Noises

To realize high-precision attitude stabilization of a flexible spacecraft in the presence of complex disturbances and measurement noises, an iterative learning disturbance observer (ILDO) is presented in this paper. Firstly, a dynamic model of disturbance is built by augmenting the integral of the lumped disturbance as a state. Based on it, ILDO is designed by introducing iterative learning structures. Then, comparative analyses of ILDO and traditional disturbance observers are carried out in frequency domain. It demonstrates that ILDO combines the advantages of high accuracy in disturbance estimation and favorable robustness to measurement noise. After that, an ILDO based composite controller is designed to stabilize the spacecraft attitude. Finally, the effectiveness of the proposed control scheme is verified by simulations.      

多轴运动系统非线性轮廓重复跟踪的主从交叉耦合迭代学习控制

针对多轴运动系统非线性轮廓的重复跟踪,传统时域交叉耦合迭代学习控制器（Cross-coupled iterative learning control,CCILC）的设计,各轴间的耦合算子计算精度要求高,计算效率低.本文提出一种主从交叉耦合迭代学习控制方法.基于主从控制设计方法,主动轴采用时域CCILC,从动轴采用位置域交叉耦合迭代学习控制（Position domain CCILC,PDCCILC）.保证各轴间运动同步性,同时减轻对耦合算子精确性的依赖.因而可以引入轮廓误差矢量法估算耦合算子提高计算效率.采用Lifting的系统时域矩阵展开方法对所提出的算法进行了稳定性分析和性能分析.基于一个两轴毫米级运动平台,三种典型非线性轮廓跟踪（即半圆、抛物线和螺旋线）的数值仿真和实验分析验证了所提出算法的有效性.     

Real-Time Iterative Compensation Framework for Precision Mechatronic Motion Control Systems

With regard to precision/ultra-precision motion systems, it is important to achieve excellent tracking performance for various trajectory tracking tasks even under uncertain external disturbances. In this paper, to overcome the limitation of robustness to trajectory variations and external disturbances in offline feedforward compensation strategies such as iterative learning control(ILC), a novel real-time iterative compensation(RIC) control framework is proposed for precision motion systems wit...     

Active Disturbance Rejection Control for Piezoelectric Beam

Piezoelectric beam dynamics are characterized by elastic properties, nonlinearities, uncertainties, and unknown disturbances, thus making vibration suppression a challenging control problem. To meet this challenge, a novel active control method has been designed and rigorously tested on actual hardware without the requirement of extensive modeling. In this unique approach, the piezoelectric beam dynamics, known or unknown, linear or nonlinear, and all external disturbances are treated in their totality as an input disturbance which is subsequently estimated and canceled in real time, reducing the challenging problem to a very manageable one. Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of this practical control method. The frequency domain characteristics of the proposed method are analyzed using Bode and describing function methods.     

Sliding Mode Disturbance Observer‐based Motion Control for a Piezoelectric Actuator‐based Surgical Device

This paper presents a sliding mode disturbance observer‐based motion tracking control methodology. In particular, the methodology is applied to control a semi‐automated hand‐held ear surgical device for the treatment of otitis media with effusion. The proposed control methodology is utilised to deal with the undesirable effects in the motion system, such as non‐linear dynamics, parametric uncertainties and external disturbances. It employs a proportional‐derivative control scheme together with a sliding mode disturbance observer for rejecting the undesirable effects. The stability of the proposed control methodology is proven theoretically and its effectiveness is evaluated experimentally. In addition, promising motion tracking experimental results are shown, and it can be observed that the proposed approach offers more robust performance for controlling the hand‐held surgical device and other similar instruments.     

二自由度控制系统的干扰估计型结构

本文从干扰特笥的设计要求出发，提出了一种二自由度控制系统的干扰估计型结构。这种结构的干扰特性和设计参数之间，存在很明显的关系，为系统设计提供了简易可行的方法。分析和仿真表明，按这种结构设计的系统，具有很好的干扰特性，同时对控制对象的模型化误差也有良好的鲁棒特性。     

迭代学习控制理论的现状与展望

论述了迭代学习控制的基本理论问题,着重讨论了迭代学习理论研究的现状及其存在的问题,提出了一些有待进一步研究的方 面。     

侧向推搡下的四足机器人复合抗扰控制策略

针对四足机器人侧向推搡下的平衡恢复问题,提出了一种复合抗扰反应式鲁棒控制策略.该策略由摆动相的自适应侧摆规划策略和支撑相的关节抗扰控制构成.摆动相自适应侧摆规划策略通过四足机器人足端落地点的力平衡条件进行主动式步态规划以保证机器人在侧向推搡下的姿态稳定,并基于关节输出力矩给出了侧摆的启动条件.支撑相关节抗扰控制通过带扰动项的四足机器人完整动力学模型设计了基于干扰观测器的鲁棒滑模控制器,实现对侧向推搡扰动的补偿.最后,通过Matlab与ADAMS联合仿真验证了提出的控制策略的有效性.     

基于扰动观测器的机器宇航员协调操作阻抗控制

针对未知干扰环境下机器宇航员执行协调操作任务的高精度控制要求,提出一种基于扰动观测器的协调操作阻抗控制算法．首先分析操作物与机器宇航员的几何约束和力约束关系,建立机器宇航员与操作物的统一动力学模型;其次利用机器人广义动量,设计适用于机器宇航员协调操作系统的动量扰动观测器;然后结合统一动力学模型,设计基于扰动观测器的机器宇航员协调操作阻抗控制算法;最后通过仿真对控制方法开展验证．结果表明,当臂杆受未知干涉力影响时,操作物的位置误差可被控制在10^-5 m的量级内．所提出的算法有效减小了未知干涉力对操作物位姿控制精度的影响,保证了协调操作任务的高精度控制．