基于状态反馈精确线性化Buck变换器的微分平坦控制

针对Buck变换器由于输入电压和输出电流等外部扰动及电路参数摄动等不确定因素引起系统输出电压变化的问题,提出一种基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法。根据状态空间平均方程建立了变换器的仿射非线性模型,通过坐标变换推导出状态反馈控制率。在状态反馈精确线性化模型基础上,设计了微分平坦控制器,同时将扰动观测器嵌入控制器中,进一步提高了系统对电路参数摄动和外部扰动等内外干扰的处理能力。最后应用灵敏度理论分析了变换器的稳定性,可知减小电感量、增大电容值有利于提高系统的稳定性。实验结果表明,与传统PI控制方法相比,本文所提控制方法对输入电压和输出电流扰动具有更强鲁棒性,输出电压纹波更小,且系统响应速度能提升近50%。本文研究对DC-DC变换器控制器的设计具有参考意义。     

基于非线性内模控制的直流炉机组协调控制系统设计

直流炉机组三输入三输出强耦合、非线性的对象结构使其协调系统的抗干扰性和负荷适应能力受到影响。为提出机组全工况优化运行的控制方案,首先通过合理的简化,建立起具有一定精度且利于控制器设计的直流炉机组模型。应用状态反馈精确线性化求出其逆系统,通过反馈控制律的作用实现了系统模型的线性化与输入、输出的完全解耦。并结合对建模误差与外扰有较强鲁棒性的多变量内模控制结构,对反馈线性化后的伪线性系统进行控制设计。最后在不同的稳态工作点下进行状态扰动与设定值扰动的仿真试验,结果表明应用非线性内模控制方法设计的协调系统在较大的工况范围内具有较好的稳定性与动态性能。     

非线性系统全状态线性化内模扰动抑制

运用全状态线性化方法对在外部扰动持续作用下的非线性系统设计了扰动抑制控制器,利用非线性控制项消除开环系统的非线性因素。根据内模原理构造与扰动动态特性相同的内模补偿器,再利用Pontryagin极小值原理对增广系统设计最优调节器,得到非线性的内模扰动抑制控制器,其中的内模补偿控制项抵消了扰动对系统的影响。仿真中使用非线性内模扰动抑制控制器与非线性前馈反馈扰动抑制控制器进行比较,结果证明前者能够消除非线性因素影响且实现无静差扰动抑制。     

欠驱动陀螺摆系统的非线性控制

欠驱动机械系统是一类构成系统的广义坐标维数多于控制输入维数的非线性系统.本文针对欠驱动陀螺摆系统,利用非线性控制方法分别设计了摇起和平衡控制器.运用部分反馈线性化方法设计了摇起控制器,利用精确反馈线性化方法和近似线性化后的LQR方法设计平衡控制器.两个控制器通过切换装置实现转换.最后通过仿真试验验证了控制器的可行性.     

航天器非线性神经元控制方法研究

针对航天器控制问题,提出了一种非线性动态逆与状态反馈控制相结合的神经元控制系统设计方案,并成功的将其应用于登月舱软着陆过程的控制问题.该方案包含两部分:①应用神经元网络通过学习建立被控系统的非线性动态逆模型,实现被控非线性系统的线性化;②在线性化模型的基础上构造系统的神经元最优状态反馈控制器.本文给出的仿真结果显示出神经计算学在航天器控制问题中所具有的潜在能力.     

一类复杂非线性系统的鲁棒模型跟踪控制

针对一类具有耦合特性复杂互联非线性系统的鲁棒模型跟踪控制问题,对互联非线性系统控制问题进行了论述,讨论了基于反馈线性化方法的系统模型跟踪控制方法,提出了基于H∞控制理论的鲁棒控制方案以克服扰动影响,并针对子系统之间的耦合影响设计了协调控制器,实现整个互联系统的镇定。通过三相电弧炉电极调节系统的鲁棒模型跟踪方案的设计及仿真,表明该方法可以克服耦合及扰动影响,实现各相系统的鲁棒模型跟踪控制。     

基于状态反馈精确线性化的汽门调节

为了提高汽轮发电机在电力系统大扰动下的稳定性,采用状态反馈精确线性化设计汽轮发电机的汽门控制规律,通过试探法求解Riccati方程,选取适当的控制器的参数。由Matlab/Simulink模块搭建非线性控制器进行仿真测试,在大干扰情况下与基于PID控制的传统电液式调节器作比较,结果表明:非线性控制器鲁棒性更好,恢复速度更快,对权矩阵的选择能优化控制器的特性,有利于改善系统稳定性。     

三相电弧炉电极调节控制系统的鲁棒自适应控制

讨论了基于反馈线性化的鲁棒控制方法在在非线性系统控制中的应用.应用基于微分几何的反馈线性化方法将单相电极调节系统等价为完全可控线性系统,考虑三相耦合及弧长扰动的影响,设计了鲁棒自适应控制器,进行了MATLAB仿真.结果表明,基于反馈线性化鲁棒控制方法,可以有效克服三相耦合和弧长扰动的影响,在电弧炉电极调节系统控制中有一定的潜力.     

车用质子交换膜燃料电池空气系统过氧比控制方法

针对车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统最佳过氧比（OER）控制问题,基于60kW PEMFC系统,构建了面向控制的三阶非线性空气系统模型,分别设计了基于稳态工作点近似线性化模型的动态前馈+PI控制器和基于全局线性化模型的前馈/反馈线性化控制器。仿真结果表明：前馈/反馈线性化方法解决了基于近似线性化模型控制方法由于模型误差而使OER响应存在稳态误差的问题,并且通过引入非线性前馈环节消除了负载电流变化对OER响应的影响,能在不同工况负载下跟踪最佳OER,有效提高了PEMFC系统效率。     

基于反馈线性化理论的异步电动机解耦控制

针对异步电动机在任意两相旋转坐标系下的五阶仿射非线性系统模型,运用非线性系统的微分几何理论和方法,实现了交流异步电动机运行控制模型的完全线性化.在此基础上设计了状态反馈控制律,使得系统实现转速和磁链子系统解耦,对状态反馈控制律进行了适当简化以利于工程实现,并对线性化后的转速和磁链子系统控制器分别进行了设计.仿真结果证明,采用该方法设计的控制器可使系统具有良好的稳、动态性能,实现了异步电动机的高性能控制.     

可重构机械臂分散自适应模糊滑模控制

为了适应软件模块化的设计观念,提出一种可重构机械臂的分散自适应模糊滑模控制方案,把可重构机械臂的动力学描述为一个交联子系统的集合。使用模糊逻辑系统逼近子系统动力学模型,然后设计自适应滑模控制器抵消交联项和模糊逼近误差对轨迹跟踪性能的影响。这些子系统控制器组成一个模块化的控制网络,协调工作实现可重构机械臂稳定可靠的运动。最后,仿真结果证明了提出的分散控制方案的有效性。     

基于遗传算法的柔性机械手高阶终端滑模控制

针对双臂柔性机械手控制系统,提出了一种基于遗传算法的高阶终端滑模控制方法,以解决其非最小相位控制问题,实现末端位移控制。基于输出重定义方法,通过输入输出线性化,将系统分解为输入输出子系统和内部子系统,在此基础上,结合高阶滑模和终端滑模的控制思想设计输入输出子系统控制器,利用遗传算法优化内部子系统参数,以保证两个子系统稳定,同时削弱抖振对柔性模态的影响,提高末端位移控制精度。仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于自适应终端滑模控制器的机械手跟踪控制

针对具有不确定性的机械手轨迹跟踪控制问题,提出一种自适应二阶终端滑模控制器设计方法。设计一类非线性不确定系统的自适应二阶终端滑模算法,使得不连续符号函数包含在控制微分项,实际控制作用连续;采用自适应律克服不确定性上界未知问题,基于Lyapunov方法证明系统稳定性;针对机械手轨迹跟踪问题,基于所提出控制方法设计机械手自适应终端滑模控制方案;通过对双关节机械手轨迹跟踪仿真研究,验证所提出控制策略的有效性。     

多关节机器人的非奇异终端模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种非奇异终端模糊滑模控制方法.采用模糊控制调节滑模控制的切换增益,改善了非奇异终端滑模控制的局限性,利用积分的方法自动对系统的建模误差和干扰的上界进行评估,实现了对建模误差和干扰的自动跟踪,削弱了抖振.文中利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性,仿真结果证明了其有效性.     

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。     

纠缠混沌系统的比例积分滑模同步

基于滑模控制研究纠缠混沌系统的滑模同步与比例积分滑模同步,利用滑模及比例积分滑模方法设计滑模面和控制器,采用滑模等速趋近律,根据Lyapunov稳定性理论对系统轨线在滑模面及不在滑模面运动两种情形进行分析,在设计的滑模面和控制器的共同作用下可使误差系统在有限时间内趋近于坐标原点,得到系统取得滑模同步和积分滑模同步的两个充分条件。研究表明:选取适当的控制器与滑模面,纠缠混沌系统的主从系统取得滑模同步和积分滑模同步。     

Investigation on full vehicle height control algorithm using feedback linearization method

Aiming to improve the control accuracy of the vehicle height for the air suspension system, deeply analyzing the processes of variable mass gas thermodynamics and vehicle dynamics, a nonlinear height control model of the air suspension vehicle was built. To deal with the nonlinear characteristic existing in the lifting and lowering processes, the nonlinear model of vehicle height control was linearized by using a feedback linearization method. Then, based on the linear full vehicle model, the sliding model controller was designed to achieve the control variables. Finally, the nonlinear control algorithm in the original coordinates can be achieved by the inverse transformation of coordinates. To validate the accuracy and effectiveness of the sliding mode controller, the height control processes were simulated in Matlab, i.e., the lifting and lowering processes of the air suspension vehicle were taken when vehicle was in stationary and driving at a constant speed. The simulation results show that, compared to other controllers, the designed sliding model controller based on the feedback linearization can effectively solve the "overshoot" problem, existing in the height control process, and force the vehicle height to reach the desired value, so as to greatly improve the speed and accuracy of the height control process. Besides, the sliding mode controller can well regulate the roll and pitch motions of the vehicle body, thereby improving the vehicle''s ride comfort.     

基于滑模控制的高超声速飞行器的轨迹控制

针对高度非线性、多变量、强耦合的高超声速飞行器的纵向模型,设计了飞行控制系统。首先对其进行输入/输出线性化,然后,选择2个解耦的滑动面,以改进的符号函数作为到达条件,设计了一种多输入多输出滑模变结构控制器。分别研究了飞行器对速度和高度阶跃指令下的响应,对标称模型和含有大范围时变参数模型进行了仿真研究。仿真结果表明该方法在存在参数不确定性的条件下,具有较强的鲁棒性能,能够满足系统的性能要求。     

水轮发电机组调节系统的鲁棒变结构控制

抖动和鲁棒性是滑模控制最显著的特点,在保持系统鲁棒性基础上有效地控制系统的抖动是将滑模控制引入实际应用的关键.在水轮发电机组非线性模型的基础上,将滑模控制引入水轮发电机组的控制,先对水轮发电机组非线性模型进行坐标变换和反馈线性化,然后对一般滑模控制算法进行改进,通过选取合适的滑动模和趋近律,有效地克服了系统的抖动,从而使系统获得较好的控制品质.仿真试验表明本方法十分有效.     

基于神经网络的机械手鲁棒输出跟踪控制

针对一类参数未知的机械手输出跟踪鲁棒控制问题，应用输入／输出反馈线性化方法和Lyapunov稳定理论，提出了一种基于神经网络建模的机械手输出跟踪自适应鲁棒控制器，采用三层前向神经网络来逼近未知非线性函数，网络的权值依据Lyapunov稳定性进行实时修正，保证了相应闭环系统的稳定性，所提出的控制器保证了跟踪误差及相应闭环系统的状态－致最终有界，且不需预知不确定性的上界，以两自由度移动关节刚性机械手的跟踪控制问题的为例进行了仿真，结果表明所提出方法是行之有效的。