基于状态反馈精确线性化的三相四桥臂逆变器的控制

根据三相四桥臂逆变器的工作原理,应用开关函数建立了控制系统数学模型,引入开关周期平均算子将离散的系统转化为连续系统.根据系统的主要控制目标选取状态变量、输入变量和输出变量,得到适合于微分几何方法的3输入3输出的仿射非线性系统模型.根据非线性微分几何理论,从理论上证明了该模型满足多输入、多输出系统精确线性化的条件,推导出非线性状态反馈控制律.对非线性坐标变换后得到的线性系统,利用二次型最优控制策略时,根据无源性控制方法的思想,提出一种闭环系统能量函数,并推导出权矩阵的参数形式.将最优化得到的控制律进行逆变换来实现原系统的优化控制设计.仿真结果验证了该方法的有效性和正确性.     

变量泵控制变量马达系统建模及控制

变量泵控制变量马达系统是一个双输入单输出耦合本质非线性系统, 常规控制方法很难取得满意的控制效果. 针对变量泵控制变量马达系统非线性和不可解耦的特点, 提出基于线性化理论的变量泵变量马达Bang-Bang控制算法. 首先建立变量泵控制变量马达系统数学模型, 模型存在包括输出变量在内的相乘非线性, 然后运用反馈线性化理论将非线性数学模型线性化, 最后提出新的Bang-Bang控制算法实现变量马达的快速控制.仿真研究表明该算法可以实现系统快速控制, 效果优于目前常规控制方法, 而且算法对马达转速和负载变化都具有较强的鲁棒性.     

一类非线性时滞系统的解耦控制

利用微分几何方法研究了一类非线性多输入多输出时滞系统的解耦问题．讨论了此类系统可解耦的充分条件，并给出了此类系统实现输入/输出间精确线性化的条件以及其标准形．文中给出了非线性时滞系统得以解耦的非线性状态反馈控制律；此状态控制律不但可以实现输出与时滞状态变量的解耦，还可以实现输出与输入间的精确线性化．而其闭环标准形的给出为此类系统实现各种控制目标带来了方便．     

大容量链式静止同步补偿器的非线性双输出解耦控制

大容量链式静止同步补偿器(STATCOM)是典型非线性系统, 其控制理论和算法复杂且抽象. 本文根据链式STATCOM的有功–无功电流的动态数学模型, 得到非线性动态无功控制策略, 利用双输入双输出线性化的控制方法, 实现双输出变量解耦控制. 仿真及实验研究表明, 该链式STATCOM非线性双输出解耦控制器, 在系统发生短路或大功率负载突变时具有良好的动态性能.     

基于神经动态优化的非线性系统近似最优跟踪控制

提出一种输入约束下一类连续时间非线性系统最优跟踪控制问题的近似求解方法.针对有限时间跟踪性能指标下一类单输入单输出非线性系统,利用所提出的最优跟踪控制方法实现目标系统所对应性能指标近似最优.首先将系统的性能指标沿时间泰勒展开,得到一个近似的性能指标;其次,在系统状态可观测条件下,将该问题进一步转化为以控制输入为决策变量的非线性规划问题;再次,利用神经动态优化方法,求解含不等式约束下的近似最优控制问题并给出相应的递归神经网络模块原理图;进而,针对整个闭环系统进行理论分析,证明在一定条件下闭环系统的稳定性;最后,通过两个实例仿真验证所提出方法的有效性.     

含静止同步串联补偿器的单机系统非线性综合控制器设计

本文考虑含静止同步串联补偿器(SSSC)的单机无穷大系统、汽门、励磁各变量间的相互作用建立了4阶多变量3输入3输出非线性模型, 在此模型基础上, 运用动态逆系统方法完成解耦和线性化, 构造出3个单输入单输出的伪线性系统, 并采用变结构控制理论分别设计控制器. 根据MATLAB仿真结果验证了该控制方法对发电机功角, 机端电压和传输功率这3个控制指标有很好的控制效果.     

受饱和输入约束的非线性系统滑模自适应控制

利用神经网络和滑模控制,研究带有饱和输入的一类非线性系统。为了便于问题分析,引入饱和约束模型输出与控制输入的差值这个变量,分5种情况讨论,求得神经网络权值的在线调节律,得到保证闭环系统稳定的控制律。利用Lyapunov函数,证明了闭环系统的稳定性;仿真实验说明了算法的有效性。     

基于精确线性化的MIMO双线性系统预测函数控制

针对典型多输入多输出双线性系统, 提出了基于非线性过程精确反馈解耦线性化的预测函数控制方法这是一种分层的控制策略, 首先设计一个静态的非线性状态反馈, 使得闭环系统是输入输出解耦和线性的;然后设计一组单输入单输出预测函数控制器, 下层为上层预测函数控制提供一组单输入单输出模型, 而上层预测函数控制以其固有的鲁棒性来补偿参数变化和解耦线性化的近似性, 并以纸机加压网前箱为例进行了仿真实验, 结果是令人满意的.     

广义性能指标下T-S模糊系统的鲁棒可靠控制

针对一类具有输入及输出端扰动的T-S模糊系统, 在线性矩阵不等式区域内定义了非线性系统的稳态及动态广义性能指标, 提出了线性矩阵不等式(LMI)方法下可靠输出反馈控制器存在的充分条件, 从而保证闭环系统在传感器或执行器发生结构性故障时的稳态及动态性能, 且始终满足基于L2/L1范数理论的鲁棒性能, 并利用投射引理引入附加阵, 解耦该充分条件中的控制器变量与相关Lyapunov函数变量, 增加设计的自由度. F–16歼击机的纵向通道控制仿真表明了方法的有效性.     

非完整链式系统的输出跟踪控制——动态扩展线性化方法

针对非完整单链和多链系统,利用动态反馈线性化技术设计了输出跟踪控制器.证 明了当满足一定的条件时,通过选择适当的输出变量并利用动态反馈可使非完整链式系统实 现输入-输出完全线性化,从而可设计线性控制器跟踪期望的运动轨迹.最后以移动小车的跟 踪控制为例,通过仿真验证了文中方法的有效性.     

Nonlinear control of a bioreactor model using exact and I/O linearization

A nonlinear multivariable bioreactor system has been the subject of two differential geometry feedback control design approaches. Exact linearization and input/output linearization are applied to the bioreactor model and verified by simulation experiments. Exact linearization via state feedback shows a high degree of coupling on the controlled variables and large changes on the manipulated variables. Input/output linearization, with the ability of implementing independent, decoupled control loops, gives more satisfactory results. The issues of invertabiity and parameter uncertainties are also discussed in this paper.     

二维直线电机的多入多出无模型自适应轮廓控制

针对传统的单入单出控制器无法解决二维直线电机存在的非线性,不确定性以及强耦合作用等问题,依据无模型自适应控制不依赖于被控系统精确数学模型,仅需受控系统输入输出数据便能实现自适应控制这一特点,采用多入多出的紧格式动态线性化无模型自适应控制算法对二维直线电机XY轴进行整体控制器设计.同时,针对二维直线电机这种含有纯二阶积分环节的非自平衡系统,提出了多入多出无模型自适应控制改良方法,并进行严格的稳定性和收敛性证明.为了提高二维直线电机的轮廓精度,在多入多出无模型自适应控制改良方法的基础上,加入交叉耦合控制器,与传统的交叉耦合控制方法相比较,提高了跟踪精度和轮廓精度.最后通过仿真和实物实验证明了所提方案的有效性.     

非线性微分——代数子系统的逆系统的构造

对于一类非线性微分-代数(Differential-algebraic equation, DAE)子系统, 将非线性常微分方程(Ordinary differential equation, ODE)系统的逆系统方法进行了完全扩展. 首先对此类非线性DAE子系统提出的物理背景和系统特性进行了详细阐述. 然后给出了非线性DAE子系统的逆系统定义, 包括单位右逆系统和 α 阶积分右逆系统. 接下来提出一种递归算法, 利用此算法给出了被控系统可逆的充要条件, 并构造了物理可实现的控制器, 实现了非线性DAE子系统的线性化解耦. 最后基于本文所提出的控制方法, 研究了电力系统同步发电机组励磁汽门综合控制的线性化解耦问题.     

轮式移动机器人的数据驱动轨迹跟踪滑模约束控制

针对有输入饱和约束的轮式移动机器人(WMR)的轨迹跟踪问题,提出一种抗饱和无模型自适应积分终端滑模控制方案.该方案基于紧格式动态线性化技术,构建WMR系统的在线数据驱动模型.在积分终端滑模控制器设计过程中,引入动态抗饱和补偿器,以解决WMR系统轨迹跟踪过程中执行器饱和问题.控制器设计仅利用控制系统的输入输出数据,与WMR系统模型信息无关.因此,针对不同类型的WMR系统,该方案均可实现.最后,通过仿真实验将所提出的方法与PID方法的控制效果进行对比,仿真结果表明,所提出的控制算法的跟踪误差更小且响应速度更快.     

Discrete-time extended state observer-based model-free adaptive constrained sliding mode control with modified prescribed performance via CFDL and PFDL

To tackle the trajectory tracking problem and achieve high control accuracy in many actual nonlinear systems with unknown dynamics and input saturation, a novel discrete-time extended state observer-based model-free adaptive constrained sliding mode control with modified prescribed performance is investigated via compact-form dynamic linearization (CFDL) and partial-form dynamic linearization (PFDL). Firstly, the original non-affine system is turned into an affine one comprising an unknown nonlinear term and a linearly parametric term affine to the input via both PFDL and CFDL. Then, a discrete-time extended state observer (DESO) is used to estimate the lumped disturbance containing the unknown nonlinear time-varying term and the term relevant to the estimation error of pseudo partial derivative (PPD) parameter. Furthermore, a modified prescribed performance function is introduced in the model-free adaptive sliding mode control scheme to keep the output tracking error in the prescribed bound without causing any asymmetric offset error in the steady-state. Meanwhile, to suppress the influence of input saturation on the control system, an anti-windup compensator is used. Finally, rigorous theoretical analyses show the robust convergence of the tracking error via the proposed CFDL and PFDL-based methods under external disturbances. Simulations verify the superiority of the modified prescribed performance function, DESO, and anti-windup compensator in the proposed method. Also, the effects of the PFDL-based method and the CFDL-based one are compared during the simulation.     

An anti-windup input–output linearization scheme for SISO systems

A control synthesis scheme for the feedback linearization of single-input single-output nonlinear systems subject to constraints is presented. The approach requires an external, state-dependent saturation element, which translates the actuator bounds to the feedback linearizing control input. Thus the “linearizing” properties of the differential geometric controller are preserved, and a linear anti-windup can be applied in the outer loop. Conditions for nominal stability are provided. An application to a numerical example is presented. ©     

基于神经网络的多变量发酵过程自适应控制

运用非线性系统的线性化方法与神经网络在线辨识技术，提出了一种基于神经网络 的多变量自适应控制策略．提出的控制策略，当过程模型缺乏足够的先验知识时，对多变量 非线性连续发酵过程取得了良好的控制性能．仿真结果表明，提出的自适应控制方法能够适 应过程模型的不确定性和参数的时变性，具有较强的鲁棒性．并且通过对比分析得出，基于 微分几何理论的输入输出线性化解耦控制方案，由于控制器的设计依赖于过程模型，对模型 参数的变化很敏感，应用在发酵过程的非线性控制中，控制精度较低，鲁棒性较差．     

Active vibration control of large space flexible slewing truss using cable actuator with input saturation

This paper proposes a composite approach to implementing attitude tracking and active vibration control of a large space flexible truss system. The system dynamic model is based on Hamilton's principle and discretized using the finite difference method. A nonlinear attitude controller for position tracking is developed based on the input‐output linearization of the discretized system, which can effectively improve system performance compared with a traditional proportional‐differential feedback controller. A taut cable actuator scheme is presented to suppress tip vibration because the mechanical model is a large large‐span spatial structure; furthermore, because the cable has the feature of unilateral input saturation constraint, which can provide only a pulling force, a nonlinear quadratic regulator controller is developed by introducing a piecewise nonquadratic cost function to suppress the vibration of the flexible structure. To investigate the factors that influence the damping effects of the cable, the parametrically excited instability of a cable under 2 supports is analyzed. Simulation results illustrate that the proposed attitude controller can implement the task of position tracking, and the vibration suppression control law is shown to be optimal for functional performance with input saturation.     

Boundary control of a Timoshenko beam system with input dead-zone

In this paper, boundary control is designed for a Timoshenko beam system with the input dead-zone. By the Hamilton’s principle, the dynamics of the Timoshenko beam system is represented by a distributed parameter model with two partial differential equations and four ordinary differential equations. The bounded part is separated from the input dead-zone and then forms the disturbance-like term together with the boundary disturbance, which finally acts on the Timoshenko beam system. Boundary control, based on the Lyapunov’s direct method, is proposed to ensure the Timoshenko beam converge into a small neighbourhood of zero, where stability of the system is also analysed. Besides, the existence and uniqueness of the solution of the Timoshenko beam system are proved. Simulations are provided to reveal the applicability and effectiveness of the proposed control scheme.