非线性系统的反演自适应动态滑模控制

为削弱非线性系统中由滑模控制引起的抖振现象,提出自适应动态滑模控制方案.动态滑模方法是通过设计新的切换函数或将常规滑模变结构控制中的切换函数s通过微分环节构成新的切换函数,该切换函数与系统控制输入的一阶或高阶导数有关,可将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去,得到在时间上本质连续的动态滑模控制律.该方案利用自适应技术和反演法,设计动态滑模控制器,有效地削弱了系统的抖振.最后仿真结果证明了该方案是正确的.     

基于S函数调节的非线性自适应动态面控制

针对一类控制增益未知的多输入多输出（MIMO）非线性系统,提出了一种基于神经网络的鲁棒自适应动态面控制方法．利用动态面控制解决反推法的计算膨胀问题;同时在参数自适应律中引入S（Sigmoid）函数,动态调节神经网络的收敛速度,解决了自适应初始阶段的抖振现象．利用李亚普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统所有信号最终有界,系统的跟踪误差最终收敛到有界紧集内．仿真结果表明了该方法的有效性．     

基于控制性能的MIMO非线性系统动态面控制

针对一类不确定非线性MIMO(multiple-input multiple-output)系统,在动态面控制方法的基础上,提出了自适应跟踪控制方案.通过引入性能函数和输出误差转换,保证输出信号具有指定的跟踪速度、跟踪误差、最大超调量.为了避免控制奇异问题,采用神经网络直接逼近期望控制信号.该方案无需估计神经网络的权值,仅对1个参数进行自适应律设计.理论证明了闭环系统所有信号有界,仿真结果验证了所提方案的有效性.     

未知控制方向的迟滞非线性系统预设自适应控制

针对一类含有迟滞特性的未知控制方向严反馈非线性系统,设计了基于误差变换的反步自适应控制器.首先提出动态迟滞算子来扩展输入空间建立神经网络迟滞模型.然后利用径向基函数(RBF)神经网络逼近未知函数,并引入Nussbaum型函数来解决系统未知控制方向问题.最后采用误差变换将误差限定在预设的范围内,并利用反步法设计自适应控制器.该控制方案不仅能够保证跟踪精度,还可以提高系统暂态和稳态性能.仿真结果表明了控制方案的可行性.     

具有输入及状态未建模动态系统的输出反馈自适应控制

针对一类具有输入及状态未建模动态的非线性系统, 设计K滤波器来估计系统不可量测状态, 基于动态面控制技术并利用径向基函数神经网络的逼近能力, 提出一种输出反馈自适应跟踪控制方案. 利用Nussbaum 函数性质, 有效地解决了高频增益符号未知问题. 在控制器设计中引入规范化信号来约束输入未建模动态, 从而有效地抑制其产生的扰动. 通过理论分析证明了闭环控制系统是半全局一致终结有界的.

     

具有预设性能的切换系统输出反馈自适应动态面控制

本文针对一类具有未建模动态和预设性能的输出反馈非线性切换系统,提出基于公共Lyapunov函数法的自适应输出反馈动态面控制方案.通过设计K滤波器和观测器估计不可测量的状态.引入动态信号处理动态不确定性.利用Nussbaum函数解决增益符号未知的问题.神经网络用于逼近由设计过程和理论分析所产生的未知连续函数.引入性能函数和误差转换器将预设性能控制问题转换为稳定性问题.通过适当选取切换子系统的初值,并利用动态面控制系统证明的特点,证明了闭环切换系统所有信号半全局一致终结有界.仿真例子验证了所提方案的有效性.     

输入时滞非线性系统的新型动态面Funnel控制

本文针对一类带有输入时滞的不确定非线性系统, 提出了新型动态面Funnel控制方案. 首先设计补偿动态 变量将输入时滞系统转换成无时滞的系统, 仅需在递归控制的最后一步补偿, 从而优化了控制器设计过程. 其次, 构造Funnel函数, 使系统的瞬态和稳态跟踪误差被限制在给定边界内. 最后, 提出新型非线性动态面控制方法, 不仅 避免了自适应反推控制中的“微分爆炸”问题, 而且消除了边界层误差, 使得系统的跟踪误差最终渐近收敛到零. 理 论分析表明该闭环系统的所有信号一致最终有界, 仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

永磁同步电动机的自适应神经网络动态面控制

研究永磁同步电动机的位置跟踪控制问题.针对参数不确定的永磁同步电动机系统,提出自适应神经网络动态面位置跟踪控制方法.根据Stone Weierstrass逼近定理,利用神经网络逼近电动机系统中的复杂非线性函数.采用动态面技术的自适应反步方法设计电动机的位置跟踪控制器实现电动机的位置跟踪控制.提出的控制策略不仅能够克服电机参数的不确定性和负载扰动,而且避免了传统反步设计方法存在的“复杂性爆炸”问题.根据Lyapunov稳定性理论,证明闭环系统具有半全局稳定性,位置跟踪误差收敛于原点的小邻域内.仿真结果表明了所提控制方法能够使电动机快速、准确地跟踪给定的位置信号;神经网络能够很好地逼近系统中的复杂非线性函数.     

非线性增益递归滑模动态面自适应NN控制

针对一类严反馈非线性不确定系统的跟踪控制问题,提出一种非线性增益递归滑模动态面 (Dynamic surface control, DSC)自适应控制方法. 通过设计一个新的非线性增益函数,并构造递归滑模动态面的控制策略和新的Lyapunov函数,同时利用神经网络在线逼近系统不确定项, 该方法有效解决了具有输入饱和约束条件下系统控制精度与动态品质间的矛盾,增强了控制器对其自身参数摄动的非脆弱性. 理论证明了闭环系统所有状态是半全局一致最终有界的,且跟踪误差可收敛至任意小.     

具有磁滞输入的可调金属切削系统鲁棒自适应动态面控制

针对既有时滞环节又存在磁滞输入的可调金属切削系统,提出了一种改进的自适应动态面控制方法,其特点为:1)设计了带有跟踪误差性能指标函数的鲁棒自适应动态面控制算法,并结合神经网络,使其能够保证系统的跟踪误差及其过渡过程在预先任意给定的范围内;2)克服了反推控制方案中的"微分爆炸"问题,简化控制器结构;3)估计神经网络权值向量的范数而不是估计权值向量,极大地减少系统的计算负担,便于实时控制.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

智能厂房温湿度控制系统

首先分析了厂房温湿度控制与一般建筑物空调系统的区别,指出现在流行的空调控制方法不适合厂房温湿度控制;接着提出一种智能温度控制方法,它不需要确定系统的数学模型,用专控制的方法,在不同控制阶段分别采用开关控制,模糊控制和智能ＰＩＤ控制;最后介绍了实行结果。     

A three-loop model-following control structure: theory and implementation

This article presents a novel three-loop control system, which supplements control structures known from the literature as model following control (MFC). The major advantage of the proposed system is its high robustness to process parameter variations; it is much higher than that offered by single-loop or two-loop control systems. Features of the new structure are revealed by a theoretical analysis that has been carried out from the viewpoint of requirements for a force/pose controller of a Stäubli RX60 manipulator. This article shows how the proposed control structure responds to such strong process parameter variations and makes a comparison to results yielded by single-loop control structures.     

模型跟踪广义预测鲁棒自适应控制器

本文采用滤波CARMA模型,基于内模原理,提出了一种新的广义预测鲁棒自适应控制器,并分析了闭环系统性能,在新的控制器中,引入适当的前馈作用,使得跟踪和调节问题解耦,利用部分状态跟踪、模型参考以及极点配置方法解决跟踪问题,利用多步预测滚动优化方法解决调节问题;适当选择滤波器可以保证对平稳随机扰动有满意的响应,减少可调参数对闭环系统响应的影响,增强系统对未建模动态的鲁棒性,仿真结果表明:该控制器对确定性和非平稳随机扰动具有不变性,对系统时延和阶次变化具有鲁棒性,适用于非最小相位和开环不稳定系统。     

自动化技术专题讲座(Ⅳ)──智能控制技术与应用

主要介绍智能控制的原理、结构、类型和应用。     

Stabilization of robot motion and contact force interaction for third-order motor dynamics

An approach to the synthesis of control laws stabilizing motion and force in contact tasks, based on the exponential stability of the closed-loop control system, is described. When using the synthesized control laws, simultaneous stabilization of both motion and force is achieved with a preset quality of the transient responses. The task is solved in a most general form, taking into account the constraints on robot control, its position and the force of interaction of the robot and the environment, and the external perturbations and inaccuracies of the measuring sensors, when the environment dynamics is being described by nonlinear second-order differential equation, and the robot dynamics includes the third-order equations of the robot actuators dynamics.     

专家PID控制在印染过程温度控制中的应用

对于具有较大时滞,非线性和时变性特点的打样机对象(它是印染行业中的一种小型设备),常规PID控制方法往往难以达到良好的控制效果.本文将专家控制器与常规PID控制器相结合,提出了一种智能控制器结构.试验表明,与常规PID控制器相比,该控制器的控制精度有了明显的提高.     

一种专家智能控制器的仿真研究

该文提出一种专家智能控制器（简称为ＥＩ控制器）．该控制器的参数可基于专家知识和过程参数的变化实时进行调整。仿真结果表明对于工业过程中的大纯滞后、非线性、变参数特性能获得较为满意的调节效果。     

六自由度并联机器人分散鲁棒非线性控制

针对六自由度并联机器人动力学特点,提出了一种新型分散鲁棒非线性控制方法.与传统PD控制策略和已有分散鲁棒非线性控制方法相比,由于控制律中增加了广义误差的小数幂项,改进后的方法除保持原方法的优点外,还具有较强的终端收敛能力,能够保证跟踪误差以更快的速度全局一致收敛到一个更小的剩余集.通过选择合适的控制器参数,可使剩余集趋于0.运用Lyapunov方法分析了系统稳定性,给出了系统稳定性条件.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.     

Feedforward output-feedback control for continuous exothermic reactors with isotonic kinetics

The robust feedforward (FF) output-feedback (OF) control problem of (possibly open-loop unstable) continuous exothermic jacketed reactors with isotonic kinetics with respect to reactant concentration is considered. The volume, temperature, and concentration must be regulated by manipulating the feed, exit and coolant flowrates on the basis of volume and temperature measurements. The problem is addressed as an interlaced controller-observer design within a constructive control framework. The result is a quasi linear-decentralized (qLD) FF-OF dynamic controller which: (i) recovers (up to observer convergence) the behavior of a robust nonlinear FF-SF controller, (ii) has closed-loop stability conditions coupled with conventional-like tuning guidelines, and (iii) constitutes an add-on to the PI control scheme commonly employed in industrial reactors. The approach is tested with an open-loop unstable reactor example through simulations.     

Multivariable PID control by decoupling

This paper presents a new methodology to design multivariable proportional-integral-derivative (PID) controllers based on decoupling control. The method is presented for general n × n processes. In the design procedure, an ideal decoupling control with integral action is designed to minimise interactions. It depends on the desired open-loop processes that are specified according to realisability conditions and desired closed-loop performance specifications. These realisability conditions are stated and three common cases to define the open-loop processes are studied and proposed. Then, controller elements are approximated to PID structure. From a practical point of view, the wind-up problem is also considered and a new anti-wind-up scheme for multivariable PID controller is proposed. Comparisons with other works demonstrate the effectiveness of the methodology through the use of several simulation examples and an experimental lab process.