一类干扰有界约束非线性系统的鲁棒模型预测控制

针对一类干扰有界约束非线性系统设计了基于控制不变集切换策略的鲁棒模型预测控制算法.针对非线性系统线性化之后的结果,给出了平衡点的非线性标称系统控制不变集的计算方法.然后在考虑线性化误差和加性有界干扰影响的基础上,构造了平衡点附近最小鲁棒正不变集.结合不变集切换策略和Tube不变集控制方法,提出了干扰有界约束非线性系统的不变集切换策略.最后将该算法应用到一类典型的非线性化工过程连续搅拌反应釜(CSTR)中,仿真结果验证了算法的有效性.     

基于特征结构配置的倒立摆控制系统设计

研究倒立摆优化控制问题,针对多变量、非线性、强耦合的倒立摆系统存在不稳定性的特点,在控制系统设计中建立倒立摆系统的非线性数学模型,并在平衡点附近将其进行线性化后得到线性化模型.考虑到外部干扰,进一步得到倒立摆系统的干扰线性化模型.为保证从扰动到倒立摆系统输出的H<,∞>范数满足期望的抑制水平和闭环区域极点约束的条件下,应用特征结构配置算法,建立了状态反馈控制器设计的优化数学模型,并通过Matlab工具箱进行仿真,求得优化解.结果证明,所提出的方法是有效的.     

多模型自适应控制及其在三轴转台中的应用

研究大范围、强耦合非线性系统的线性多模型自适应控制（ＭＭＡＣ）问题。讨论了基于平衡点的非线性系统模型的线性多模型表示，提出一种根据期望参考轨迹确定平衡点的位置和数量的方法，并给出一种利用模型的匹配程度构造加权因子的ＭＭＡＣ算法。该算法可削弱扰动的影响和由于模型的切换而引起的振荡。应用结果表明了该理论的正确性。     

运输机低空重装空投增益自适应滑模控制

本文针对带有不确定性且不确定性边界未知的低空重装备空投过程控制问题,提出了基于增益自适应全局滑模的飞行控制方法.该方法采用反馈线性化技术对重装空投过程模型进行线性化,解决了空投模型的强非线性问题,在此基础上,设计了切换增益自适应全局滑模控制器,保证了系统在响应全程的鲁棒性,克服了滑模到达阶段系统初始误差对切换增益自适应过程的影响.提出了一种改进的增益自适应方法,解决了滑动阶段的切换增益过度自适应问题.基于Lyapunov理论证明了控制器的稳定性和鲁棒性.仿真验证了控制方法的控制性能和优越性.     

基于多模型的非线性系统自适应最小方差控制

对于一类典型的离散时间非线性系统, 提出了一种基于多模型的自适应最小方差控制方法. 通过在平衡点附近建立线性模型, 用径向基函数神经元网络来补偿建模误差和未建模动态, 形成了非线性系统的多模型表示. 采用了具有积分性质的切换指标函数作为切换法则和最小方差的控制方法构成了多模型自适应控制器. 仿真实验的结果表明了这种方法的有效性.     

小型无人直升机控制律设计与仿真

依据摄动线化原理,本文对模型直升机非线性模型在平衡点进行了小摄动线性化处理,得出了线性化动力学模型,并对它进行了PID控制律设计,应用MATLAB/Simulink对控制律作用于线性化模型和非线性模型分别进行了仿真验证,结果表明作用于线性化模型具有良好控制效果的控制律尚不能有效控制非线性模型.使用backstepping方法对非线性模型子系统选择相应的李雅普诺夫候选函数,应用递归方法设计了使型直升机动力学非线性模型镇定的控制律,确保李雅普诺夫候选函数的导数为负定.经仿真验证表明利用该设计方法得到的控制律能对非线性模型进行有效控制.     

电力系统非线性切换励磁控制

针对反馈线性化方法难以同时提高电力系统的功角稳定性和电压调节特性的问题,提出了基于分层设计思想的非线性切换励磁控制方法.首先采用逆系统方法实现了系统的反馈线性化,然后根据Lyapunov函数方法对包含零动态的部分线性化系统设计了切换励磁控制器.在电力系统专用仿真平台上的仿真结果证明了所设计的切换控制器能够有效改善功角稳...     

考虑输入约束的发电机汽门非线性自适应控制

研究具有汽门控制和阻尼系数不确定的单机无穷大系统的暂态稳定性问题. 通过引入切换机制, 解决了输入控制量幅值约束问题. 基于主汽门控制和快速汽门控制思想, 建立了一个由汽门控制的单机无穷大汽轮发电机切换系统模型. 应用本文提出的改进自适应Backstepping方法设计了切换子系统的非线性自适应控制器和参数替换律, 同时构造出切换系统的共同Lyapunov函数, 从而保证了切换系统的稳定性. 由于设计过程中, 未用到任何线性化方法, 因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性. 仿真结果表明了设计方法的有效性和优越性.     

非线性倒立摆系统平衡点反馈控制参数的优化计算

本文基于圆轨倒立摆非线性系统模型,建立了平衡点状态反馈控制参数的高精度优化算法,编制计算程序确定出反馈控制参数,并对圆轨倒立摆平衡点的实例控制.与将系统线性化后的反馈参数的计算分析相比,本文研究方法具有较大平衡范围.仿真与实例平衡控制都表明了本文研究方法的可行性.     

基于MMST分组的一类MIMO非线性系统执行器故障自适应补偿控制

在多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)非线性系统的执行器故障容错控制问题中,控制器能够处理的执行器故障集合的大小与执行器分组方法有很大关系.为扩大系统可处理的执行器故障集合,本文针对一类具有执行器故障的MIMO非线性最小相位系统,提出基于多模型切换(Multiple model switching and tuning,MMST)执行器分组的自适应补偿控制方法.考虑系统的执行器卡死、部分失效和完全失效故障,在微分几何反馈线性化的基础上,研究基于多模型切换的执行器分组切换指标和切换策略,设计了基于反演控制的自适应补偿跟踪控制律,所设计的控制律能保证系统在执行器故障时闭环稳定,渐近跟踪给定的参考信号,且提出的分组方法扩大了可补偿的执行器故障集合.仿真结果表明了本文设计方法的有效性.     

基于LQR直升机模糊滑模跟踪控制

研究直升机系统稳定性优化问题,由于直升机系统的强耦合和非线性特性的影响,使飞行的稳定性和实时跟踪性差。为解决上述问题,对直升机原始数学模型进行近似线性化和解耦处理,采用模糊滑模控制方法实现直升机姿态角度的跟踪控制。首先,在滑模面的设计中引入最优线性二次型调节器,构建一种积分型切换面。其次,以切换面及导数的乘积和滑模切换增益的变化量为模糊系统的变量,实时调整变结构控制项的切换增益。仿真结果表明,通过控制器设计能够实现直升机姿态角度跟踪的稳定性,对外界不确定干扰具有强鲁棒性且控制器输出抖振问题得到明显改善。     

Robust stabilizing control laws for a class of second-order switched systems

For a class of second-order switched systems consisting of two linear time-invariant (LTI) subsystems, we show that the so-called conic switching law proposed previously by the present authors is robust, not only in the sense that the control law is flexible (to be explained further), but also in the sense that the Lyapunov stability (resp., Lagrange stability) properties of the switched system are preserved in the presence of certain kinds of vanishing perturbations (resp., nonvanishing perturbations). The analysis is possible since the conic switching laws always possess certain kinds of “quasi-periodic switching operations”. We also propose for a class of nonlinear second-order switched systems with time-invariant subsystems a switching control law which locally exponentially stabilizes the entire nonlinear switched system, provided that the conic switching law exponentially stabilizes the linearized switched systems (consisting of the linearization of each nonlinear subsystem). This switched control law is robust in the sense mentioned above.     

LMI-based model predictive control for switched nonlinear systems

This paper proposes an LMI approach to model predictive control of nonlinear systems with switching between multiple modes. In this approach, at each mode, the nonlinear system is divided to a linearized model in addition to a nonlinear term. A sum of squares (SOS) optimization problem is presented to find a quadratic bound for the nonlinear part. The stability condition of the switching system is obtained by using a discrete Lyapunov function and then the sufficient state feedback control law is achieved so that guarantees the stability of the system and also minimizes an infinite prediction horizon performance index. Moreover, two other LMI optimization problems are solved at each mode in order to find the maximum area region of convergence of the nonlinear system inscribed in the region of stability. The performance and effectiveness of the proposed MPC approach are illustrated by two case studies.     

直升机飞行控制器设计与仿真

为了改善直升机飞行控制系统的性能,研究了其在前飞状态下的模糊平滑切换控制方法和仿真验证问题。以ADS-33D水平1操纵品质要求为设计目标,建立直升机不同平衡点的线性子模型,采用基于遗传算法的H∞控制器设计方法设计各局部控制器,应用模糊平滑切换策略设计全局控制器,实现直升机在不同速度下的飞行控制,保证了控制过程的平滑性,并用数学方法证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的直升机飞行控制器达到了ADS-33D水平1操纵品质要求。     

Stability and oscillations of an autotroph-herbivore model with time delay

In the present study a mathematical model of a non-interactive type of autotrophherbivore system with discrete time delay due to gestation is proposed. The amount of autotroph biomass consumed by the herbivore is assumed to follow a Holling type-II function. We have derived the conditions for asymptotic stability and switching to instability of the steady state. The length of the delay preserving the stability has also been derived. Finally, the conditions for instability and bifurcation results have been derived for the linearized model. Phase portraits of the original nonlinear model have been simulated and the results have been interpreted ecologically.     

非线性网络控制系统的故障检测

针对一类具有随机丢包的非线性网络控制系统,研究了系统的故障检测问题.基于T-S模糊模型将对象线性化,考虑了控制器和执行器之间、控制器和传感器之间的随机丢包现象,采用满足Bernoulli分布的二进制序列来描述数据传输的随机丢包.同时利用模糊主导子系统规则,设计了模糊观测器,给出了基于观测器闭环系统渐近稳定的充分条件,并通过数值仿真实验验证了该方法的有效性.     

基于微分几何的风力发电机组恒功率控制

当风速超过额定值时, 可以通过降低风力机的转速实现恒功率控制从而避免使用复杂的变桨距机构, 本文基于微分几何理论设计了非线性控制器, 实现了变速风力发电机组的恒功率控制. 首先, 分析了风力机的空气动力学特性, 这是所提出的恒功率控制方法的理论依据; 然后, 通过微分几何反馈线性化变换, 将风力机的非线性模型全局线性化; 最后, 基于新的线性化模型设计了非线性控制器, 实现了变速风力机的全局精确线性化控制. 仿真结果表明, 所提出的控制方法在风速大范围变化的情况下能有效的实现变速风力发电机组额定风速以上的恒功率控制.