具有高阶时延的离散非仿射非线性系统的自适应跟踪控制

本文研究了一类具有高阶输入–输出时延的非仿射非线性离散不确定系统的自适应输出跟踪控制问题,提出了一种基于隐函数的自适应输出反馈输出跟踪控制方案.该方案主要解决了两个技术问题:一是构造了基于未知参数估计和未来时刻信号估计的隐函数方程解的自适应控制律,解决了因系统高阶时延导致的控制律因果矛盾问题并实现了闭环稳定和渐近输出跟踪;二是针对非仿射非线性控制律难求解问题,提出了基于迭代解的解析自适应控制律,实现了闭环稳定和实用输出跟踪.最后仿真研究证实了所提出控制方案的有效性.     

MIMO非仿射非线性系统的自适应模糊控制

针对一类多输入多输出非仿射非线性系统,设计了一种自适应模糊H∞控制方案,该方案把自适应模糊控制和高增益观测器结合起来.利用多变量的隐函数定理,证明了非仿射系统控制器的存在性.通过设计高增益观测器,解决了系统的状态不可测量问题,实现系统的输出反馈控制,模糊自适应控制增强了系统在线逼近干扰及处理系统不确定的能力.仿真结果表明了控制方案的有效性及优越性.     

基于状态观测器的非仿射非线性系统鲁棒自适应H∞跟踪控制

针对一类非仿射非线性系统,提出了基于状态观测器的鲁棒自适应H∞跟踪控制结构．文中利用高斯径向基神经网络（RBF神经网络）在线抵消非线性模型误差,利用高增益观测器估计不能直接测量的输出导数．利用李亚普若夫稳定理论导出了系统的控制律,包括固定结构的控制律和自适应控制律两个部分,并给出了详细的理论分析和证明：在系统没有扰动时,确保跟踪误差渐近趋于零且系统的所有信号有界;存在扰动时,取得了预期的H∞跟踪性能．     

非仿射纯反馈系统自适应神经网络快速预设性能控制

鉴于在纯反馈系统控制器设计过程中广泛采用的反推法需要逐级设计虚拟控制律, 设计过程复杂, 本文通过变量替换将一类未知非仿射纯反馈系统变换为等效的积分链式系统. 利用有限时间收敛的微分器对转换系统的状态进行估计, 并构造时变的误差面. 通过对误差面的瞬态与稳态值进行性能约束并设计自适应预设性能控制器, 实现了对跟踪误差的预设性能控制. 最后, 基于Lyapunov理论进行了稳定性分析, 证明了闭环系统所有信号半全局最终一致有界. 仿真算例表明了控制方法的有效性.     

一类非仿射非线性离散系统的改进无模型自适应控制

针对一类更广泛的非仿射非线性离散系统,提出一种改进的无模型自适应控制算法。该算法基于非参数动态线性化方法,运用观测器的思想,实现带有扰动系统的实时动态线性化,进而将无模型自适应控制方法的应用推广到更广泛的非仿射非线性离散系统。同时,对推广后的改进无模型自适应控制方法进行理论上的证明,并通过仿真实例验证了所提出的改进无模型自适应控制方法的可行性和有效性。     

非仿射纯反馈非线性系统的自抗扰控制

针对一类具有外部扰动的不确定非仿射纯反馈非线性系统,结合反演和自抗扰技术,提出了一种新的控制设计方案,该方案中反演设计的每一步引入了自抗扰设计,同时采用微分器和扩展状态观测器分别估计虚拟控制的导数和系统的未知部分.与现有设计方法不同,它不是直接利用逼近定理来构建理想的控制器.该方案设计过程简单,并且通过输入状态稳定性分析证明了系统状态能渐近收敛到原点的任意小邻域内.仿真结果证实了该方法的有效性.     

一类非仿射非线性不确定系统自适应鲁棒控制

针对一类结构和参数均未知且控制方向未知的不确定非仿射非线性系统,提出了一种鲁棒自适应控制算法.基于中值定理将非仿射系统转化为具有线性结构的时变系统,在此基础上,利用参数投影估计算法对有界时变参数进行辨识,参数辨识误差和外界干扰采用非线性阻尼项进行补偿.同时将动态面控制(DSC)和反推法相结合,消除了反推法的计算膨胀问题,并采用Nussbaum型函数处理系统中方向未知的不确定控制增益函数,避免了可能存在的控制器奇异值问题.最后,采用解耦反推,基于李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统的半全局一致最终有界.仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性.     

非匹配不确定高阶非线性系统的滑模控制新方法

对具有非匹配不确定的高阶非线性系统,采用改进的高阶滑模微分器获取已知状态的任意阶微分估计值,再以恰当阶次的状态微分估计值之差,得到非匹配不确定项及其微分的估计值,证明了其误差任意小.为避免奇异性和抖振,采用两种方案设计了滑模控制器,并设计鲁棒项提高系统鲁棒性.基于Lyapunov~论证明了系统稳定性.同现有其他方法相比,该方法具有适用范围更广、收敛速度快、控制精度高、运算量小、保守性低等优点.最后仿真证明了本文所有结论.     

一类非线性不确定系统的高阶积分自适应滑模控制

为有效改善传统积分滑模在一类非线性不确定系统的应用中存在的抖振问题,结合有限时间收敛理论、高阶积分滑模理论和自适应控制理论,提出了一种高阶积分自适应滑模控制方法;该方法通过选取有限时间收敛反馈量和设计高阶积分滑模面,不仅确保了系统状态误差在有限时间内的收敛性,而且还保证了系统具备对不确定性干扰的抑制能力;同时,当系统的不确定项的边界范围无法预先确定时,采用自适应方法对滑模控制的趋近速率进行估计;仿真结果表明所提方法能够有效抑制非线性不确定系统的抖动,并具有较高的控制精度.     

基于Backstepping 的非仿射非线性系统鲁棒控制

针对一类不确定非仿射非线性系统的跟踪控制问题, 提出一种鲁棒Backstepping 控制策略. 首先, 为利用仿 射非线性方法设计控制器, 给出一种适用于全局的非仿射非线性近似方法; 然后, 设计快速收敛非线性微分器以估计复合干扰和获取虚拟信号的微分, 进而给出不确定非仿射非线性系统的复合控制器, 其中鲁棒项和阻尼项分别用于减少逼近误差和近似方法中动态误差对系统跟踪的影响; 最后, 通过仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器鲁棒姿态控制问题, 提出一种基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模控制器设计方法. 首先, 设计了一种时变滑模面, 并在此基础上推导了相应的时变滑模控制律, 其中滑模控制中切换增益通过一种自适应算法获得, 消除了控制器设计过程中对系统不确定性上界已知的要求; 然后, 利用高阶滑模观测器对控制器设计过程中用到的姿态角导数信息进行观测, 同时能够获得系统扰动估计值, 从而构造一种基于观测器的控制器形式; 最后, 通过仿真验证了所提出的控制算法在提高再入飞行器姿态控制精度以及系统鲁棒性方面的有效性.     

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制,对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器,使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计,并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用.仿真结果表明,该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性,在并网逆变器中具有较大应用价值.     

基于高阶滑模观测器的永磁同步电机无差拍预测电流控制

为了提高永磁同步电机速度和电流跟踪精度等控制性能, 本文提出了一种基于高阶滑模观测器的永磁同步电机无差拍预测电流控制方法. 首先, 将参数变化和外部负载变化视为集总扰动, 建立内置式永磁同步电机的数学模型. 然后, 构造了两个三阶超螺旋滑模观测器来分别估计速度和电流回路中的集总扰动, 并将估计出的扰动前馈到对应的控制器中进行补偿, 以提高系统的鲁棒性和跟踪精度. 此外, 转速环采用了一种改进的滑模趋近律, 以降低控制信号中的抖振和缩短系统状态到达滑模面所需的时间. 最后, 将所设计的方法在内置式永磁同步电机实验平台进行验证, 并与传统的无差拍预测电流控制和指数趋近律滑模速度控制器进行了对比, 实验结果表明了算法的有效性和优越性     

基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器滑模反演控制

针对高超声速飞行器非线性、强耦合和参数不确定弹性体模型,提出了一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法.将飞行器曲线拟合模型分解为速度子系统和高度相关子系统并表示为严格反馈形式,分别采用滑模和反演方法设计实际控制量与虚拟控制量.采用1阶低通滤波器获取虚拟控制量的导数,解决了传统反演控制方法\"微分项膨胀\"问题.基于改进滑模微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,以此对模型不确定项进行估计和补偿.仿真结果表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,且实现了对速度和高度参考输入的稳定跟踪.     

不确定非线性系统的自适应反推高阶终端滑模控制

针对一类非匹配不确定非线性系统,提出一种神经网络自适应反推高阶终端滑模控制方案.反推设计的前1步利用神经网络逼近未知非线性函数,结合动态面控制设计虚拟控制律,避免传统反推设计存在的计算复杂性问题,并抑制非匹配不确定性的影响;第步结合非奇异终端滑模设计高阶滑模控制律,去除控制抖振,使系统对于匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性.理论分析证明了闭环系统状态半全局一致终结有界,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

不确定非线性系统的自适应反演终端滑模控制

针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统, 本文提出一种自适应反演终端滑模控制方法. 反演控制的前n-1步结合自适应律估计系统的未知参数, 第n步采用非奇异终端滑模, 使系统最后一个状态有限时间内收敛.利用微分估计器获得误差系统状态的导数, 并设计了高阶滑模控制律, 去除控制抖振, 使系统对于匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性. 同自适应反演线性滑模方法相比, 所提方法提高了系统的收敛速度和稳态跟踪精度, 并且控制信号更加平滑. 仿真结果验证了该方法的有效性.     

未知输入和可测噪声重构之线性矩阵不等式非线性系统观测器设计

针对一类同时具有未知输入和输出可测噪声的Lipschitz非线性系统,讨论了状态估计、未知输入与可测噪声重构的问题.首先,基于广义系统和线性矩阵不等式的方法设计滑模未知输入观测器,不仅对原系统状态进行渐近估计,而且实现了对系统输出可测噪声的重构;其次,考虑一种鲁棒滑模微分器,实现了广义系统输出向量微分的精确估计,并在此基础上,提出了一种未知信息重构方法,该方法具有避免直接使用系统输出微分信息的优点.最后,对火车牵引拖动系统模型仿真,结果表明该方法不但能够实现对系统状态的估计,而且可以有效重构未知信息.     

FTESO‐Based Finite Time Control for Underactuated System Within a Bounded Input

Finite time control problem is investigated for a class of underactuated systems with uncertainties and external disturbances. For the sake of expanding control region furthest within a bound input, finite time extended state observer (FTESO) and a novel adaptive terminal sliding mode (ATSM) controller are applied to improve the stability performance of system. Compared to the general extended state observer (ESO), FTESO makes use of fractional powers to reduce the estimation errors to zero in finite time. The coordinate transformation is made for more degrees of design freedom. Rigorous analysis of finite time convergence results has been performed through Lyapunov theory and sufficient conditions are provided for the observer/controller‐design. Finally, simulation results on the Rotating Inverted Pendulum are given to demonstrate the effectiveness of the proposed controller and observer.