基于鲁棒观测器的肘关节鲁棒自适应控制

针对伺服阀控制的、双螺旋副传动的七功能机械手肘关节存在液压系统强非线性、易受外界环境温度和压力变化引起的参数不确定性、外界未知强干扰和仅有位置和油液压力状态反馈的控制特点,提出基于鲁棒观测器的输出反馈鲁棒自适应控制方法.该方法利用反演控制器设计方法对耦合的不确定系统参数和未知状态进行解耦,结合鲁棒观测器和鲁棒自适应控制器设计方法分别对未知状态和不确定参数进行观测和估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐进稳定的控制性以及系统状态的有界性,解决了同时存在系统参数不确定性和部分未知状态相耦合的鲁棒控制问题.以国家高科技发展计划4 500m深海作业系统的七功能主从液压机械手肘关节作为研究对象,使用提出的控制方法进行在未知外界干扰下的对比研究.实验结果表明,闭环系统可以很好地跟踪参考轨迹,具有较强的鲁棒性,能够获得令人满意的稳态精度和动态性能;修正后的参数自适应律能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.     

机器人系统自适应鲁棒H∞跟踪控制器设计

为更好地解决机器人系统中存在的参数不确定和外部干扰的鲁棒控制问题,论文结合参数自适应方法,采用耗散性原理,设计了一种自适应鲁棒H∞跟踪控制器,解决了机器人系统同时存在参数不确定和外部干扰的干扰抑制问题。给出了此种自适应鲁棒H∞跟踪控制律存在的充分条件及设计方法,并通过典型算例说明了此类控制律的设计步骤。仿真结果表明,此法设计的控制器不仅对机器人系统可能受到的干扰具有较好的抑制能力,还对系统参数的不确定性具有一定的鲁棒性。     

一类不确定非线性系统基于Backstepping的自适应跟踪控制

研究了一类非匹配不确定性非线性系统自适应跟踪问题,在假设系统模型不确定参数未知时,结合Backstepping的递推方法和鲁棒控制技术,经过多步递推设计了输出反馈控制器和参数自适应控制律.通过控制参数调节,对存在非匹配不确定性和未知干扰的非线性系统实现了输出跟踪.基于Lyapunov稳定性理论所设计的控制器不仅使系统的输出跟踪给定的期望输出,而且使得系统对于所允许的不确定系统状态全局一致有界.与经典反演设计相比,本方案允许非参数化不确定性,增强了控制系统的鲁棒性.最后的仿真算例验证所设计控制方法的有效性.     

基于观测器摩擦补偿的机电系统高精度控制

针对机电作动系统在低速阶段摩擦非线性明显且同时存在其他干扰,易导致系统跟踪精度、稳定性下降这一问题,设计基于非线性观测器摩擦补偿的自适应鲁棒控制器. 针对摩擦非线性,利用LuGre摩擦模型描述系统的摩擦现象,提出非线性观测器对模型的内部摩擦状态进行观测. 针对系统摩擦系数、转动惯量及其他不确定性参数,设计参数自适应律进行估计. 利用前馈补偿的方法,对摩擦非线性和参数不确定性进行补偿,设计鲁棒项克服系统的其他扰动. 利用Lyapunov稳定性定理证明了提出的控制器在存在扰动的情况下可以实现系统的有界稳定性. 实验结果表明,提出的控制器具有较高的控制精度与较强的鲁棒性,跟踪精度较传统的PID控制器提高了一个数量级.     

Hamilton系统的鲁棒自适应控制及在航天器中的应用

针对带有参数不确定性和受外干扰影响的多输入多输出Hamilton系统的跟踪控制问题,提出一种基于动态逆和扩张状态观测器的鲁棒自适应控制方法,保证系统具有良好的控制性能和较强的鲁棒性。首先,针对标称模型设计了基于动态逆方法的控制器,然后采用基于投影算子的自适应律和扩张状态观测器,分别对系统中的不确定参数和外干扰进行估计和补偿,同时,采取动态补偿器降低执行器饱和对控制性能的影响。最后,将控制方案应用于航天器姿态控制系统中,仿真实验结果表明了方法的有效性。     

永磁直线伺服系统自适应模糊鲁棒控制器

为了保证永磁直线伺服系统的跟踪性能,消除负载扰动、端部效应、非线性摩擦及系统参数变化等不确定因素的影响,根据自适应模糊控制和H_∞鲁棒控制提出了相应的控制策略.控制器由自适应模糊控制项和H_∞鲁棒控制项组成,自适应模糊控制项用来逼近理想控制律;H_∞鲁棒控制项用来克服模糊逼近误差和外界干扰对输出跟踪误差的影响,并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的全局稳定性.仿真结果表明,该方案有很强的鲁棒性,同时也使系统具有较好的跟踪性能,大大提高了直接驱动直线伺服系统的鲁棒跟踪精度.     

气动人工肌肉关节的饱和自适应鲁棒控制

为了实现脉宽调制(PWM)高速开关阀控制的气动人工肌肉单关节的轨迹跟踪,采用了一种基于不连续映射函数的饱和自适应鲁棒控制(SARC)策略.针对非线性系统中存在的参数不确定性和未建模特性,结合确定性鲁棒控制和自适应控制,保证了控制系统全局稳定性,减小了由于参数的不确定造成的系统不确定性.仿真结果表明,在多组不同建模误差和外加干扰影响下,闭环系统状态都能在有限时间内到达并保持在期望的收敛域内,施加参数自适应律能显著提高跟踪性能     

多输入多输出非线性参数系统的鲁棒自适应控制

如何有效地处理输入输出之间的复杂耦合和系统的各种不确定性对多输入多输出非线性参数系统的控制至关重要.通过引入辅助动态信号来刻画未建模动态,采用自适应非线性阻尼的方法抑制参数和非线性不确定性、未知有界扰动、未建模动态和输入输出之间的耦合对系统性能的影响, 并基于控制李亚普诺夫函数法来设计多输入多输出非线性参数系统的鲁棒自适应控制器.所提出的鲁棒自适应控制法不必对系统的未知参数进行估计.理论证明,所提方法保证闭环系统的所有信号一致有界,且通过选择适当的设计参数,可使跟踪误差任意的小.仿真结果例证了所提出控制法的有效性.     

基于反馈线性化H∞方法的UPFC非线性鲁棒控制器

针对一类基于电压源换流器(VSC)的FACTS装置在电力系统中面临的不确定性和干扰问题,以统一潮流控制器(UPFC)为例,基于反馈线性化H∞理论设计非线性鲁棒内部控制器.采用状态反馈精确线性化方法将考虑外干扰的UPFC五阶仿射非线性系统转化为一个线性系统,根据线性H∞理论设计线性鲁棒控制律,并通过预反馈映射得出原UPFC系统的非线性鲁棒控制律.在4机12节点电力系统中将所提控制器与传统PI控制器进行仿真对比,结果表明所提控制器在多种外部干扰下都具有良好的鲁棒性,可以更好地提高UPFC安装点附近电网的暂态稳定性和功率振荡抑制能力.     

气动力伺服系统的自适应鲁棒控制

为实现具有输出力轨迹控制能力的气动力伺服系统,研究了气体通过比例方向控制阀阀口的流动以及气缸腔内气体的热力过程,建立系统的非线性模型.针对忽略温度动态而导致的较大的建模误差,构造了状态观测器来估计腔内气体温度,在此基础上设计了基于全阶热力学模型的气动力伺服系统的自适应鲁棒控制器.该控制器通过在线参数估计来减小模型中参数的不确定性,利用非线性鲁棒控制来抑制参数估计误差、未建模动态和干扰的影响,从而保证一定的瞬态性能和高的气缸输出力轨迹控制精度.实验表明:当系统跟踪幅值为100N,频率为0.5Hz的正弦期望轨迹时,平均输出力跟踪误差为1.4N、最大输出力跟踪误差为3.9N;基于全阶热力学模型进行控制器设计是必要的,自适应鲁棒控制器是有效的.     

Backstepping Adaptive Controller of Electro-Hydraulic Servo System of Continuous Rotary Motor

In order to consider the influence of the continuous rotary motor electro-hydraulic servo system parameters change on its performance,the design method of backstepping adaptive controller is put forward.The mathematical model of electro-hydraulic servo system of continuous rotary motor is established,and the whole system is decomposed into several lower order subsystems,and the virtual control signal is designed for each subsystem from the final subsystem with motor angular displacement to the subsystem with system control input voltage. Based on Lyapunov method and the backstepping theory,an adaptive backstepping controller is designed with the changed parameters adaptive law. It is proved that the system reaches the global asymptotic stability,and the system tracking error asymptotically tends to zero. The simulation results show that the backstepping adaptive controller based on the adaptive law of the changed parameters can improve the performance of continuous rotary motor,and the proposed control strategy is feasible.     

基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性（统称为干扰）,导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器（FTDO）的鲁棒积分跟踪控制策略. 通过将误差符号鲁棒积分（RISE）控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制. 考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度. 通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性. 对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右.     

非匹配不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪

针对一类非匹配不确定非线性系统,提出一种鲁棒自适应渐近输出跟踪控制方法,该方法无须已知不确定性函数及其各阶导数上界。基于Lyapunov函数方法,给出了鲁棒自适应控制律以及GCMAC神经网络权值调整算法,通过后一个状态镇定前一个状态,最终达到了对期望输出的渐近跟踪,同时系统状态有界。应用于电液位置伺服系统的仿真结果表明该控制策略是有效的,对系统不确定性和未知干扰具有较强的鲁棒性。     

基于神经网络滑模的采摘机械臂控制设计

针对二自由度采摘机械臂的位置跟踪控制问题,设计了一种基于神经网络的滑模控制器。其中,神经网络控制器用来估计含有不确定性的滑模控制的等效控制律;鲁棒控制器用来使动态系统始终保持在滑模面上,保证了系统的渐近稳定性,进而实现了采摘机械臂的高精度位置跟踪控制。基于李亚普诺夫稳定性理论设计了自适应律来在线估计系统的不确定性。仿真结果表明:设计的控制器能够实现采摘机械臂对期望位置的精确跟踪,可以满足实际工程的需要。     

航天器姿态跟踪的非线性离散滑模仿真模型设计

为提高三轴稳定刚体航天器对时变参数摄动及外界环境干扰的鲁棒性能,提出一种基于非线性离散滑模控制的姿态跟踪控制系统设计方法.建立了航天器姿控模型,针对该模型中存在的时变特性与干扰力矩,将原系统进行反馈线性化解耦和模型离散化,由离散指数趋近律推导了离散滑模姿态控制律.依据某航天器的模型数据进行的仿真结果表明,所设计的离散滑模姿控系统在确保航天器姿态稳定的同时,实现了各通道的解耦控制,可有效减小干扰引起的姿态角跟踪偏差,对系统外干扰和内部参数摄动都具有良好的鲁棒性能,同时还验证了对指令跟踪的动态性能与采样周期的关系.     

QFT在连续回转电液伺服马达中的应用

针对连续回转电液伺服马达系统中存在着某些参数的不确定性及外部干扰,在建立系统数学模型的基础上,研究能够克服对象不确定性和外部干扰的QFT鲁棒控制方法,设计了QFT控制器,通过定量反馈的控制方法提高系统的整体性能.与复合PID控制器进行了比较,理论和仿真结果均证明了所设计控制器的有效性.     

基于PD方法的不确定机器人神经网络变结构控制

针对不确定机器人轨迹跟踪控制,提出基于PD方法自适应神经网络变结构控制律,利用RBF神经网络补偿系统参数不确定性,用滑模变结构控制器消除神经网络的逼近误差.仿真结果表明,该控制律能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性及对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性.     

Control method on serial type pump-valve coordinated electro-hydraulic servo system

In order to compromise the conflicts between control accuracy and system efficiency of conventional electro-hydraulic servo systems, a novel pump-valve coordinated electro-hydraulic servo system was designed and a corresponding control strategy was proposed. The system was constituted of a pump-controlled part and a valve-controlled part, the pump controlled part is used to adjust the flow rate of oil source and the valve controlled part is used to complete the position tracking control of the hydraulic cylinder. Based on the system characteristics, a load flow grey prediction method was adopted in the pump controlled part to reduce the system overflow losses, and an adaptive robust control method was adopted in the valve controlled part to eliminate the effect of system nonlinearity and parametric uncertainties due to variable hydraulic parameters and system loads on the control precision. The experimental results validated that the adopted control strategy increased the system efficiency obviously with guaranteed high control accuracy.     

基于ZPETC和混合灵敏度复合控制的交流伺服系统

针对永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统，提出了基于零相位误差跟踪控制(ZPETC)和混合灵敏度的复合控制方法，以解决交流伺服系统的快速跟随性能和抗干扰性能的矛盾.首先根据混合灵敏度控制方法设计了保障系统鲁棒稳定性和抗干扰性能的控制器，然后将包括混合灵敏度控制器在内的闭环系统整体看成被控对象，将其离散化后，进行ZPETC的设计.ZPETC保障了系统的跟随性能.仿真结果表明，所提出的复合控制方法在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时，对系统参数变化和负载扰动也具有很强的鲁棒性.