带有未知系数的非线性系统的自适应模糊跟踪控制

针对带有未知虚拟控制增益的严格反馈系统的输出反馈控制问题,给出一类单输入单输出严格反馈系统鲁棒观测器的设计方法,提出一种基于观测器的自适应模糊输出反馈跟踪控制设计方案。同时,利用模糊自适应控制方法和Backstepping技术,构造理想的控制器,并在李雅普诺夫稳定性理论的基础上,证明所提出的输出反馈控制策略能保证,闭环系统的所有信号是半全局一致最终有界,且使跟踪误差能够收敛到原点的一个小邻域内。并通过实际例子验证所提控制方法的有效性。验证结果表明,本文设计的观测器能很好的估计系统的状态,而且闭环系统的所有信号最终是有界的。本文所提出的控制方案,保证了闭环系统的稳定性,跟踪误差能够收敛到原点的一个小邻域内。本研究简单易行,在实际工程中具有广阔的应用前景。     

基于双幂次滑模的多机器人编队控制

本文研究了基于领航跟随法的多机器人系统编队控制问题.首先,基于队形约束,给出跟随者期望的轨迹,将编队问题转化为单个跟随者的轨迹跟踪问题.在此基础上,基于双幂次滑模趋近律,设计了跟随者的线速度和角速度控制器,保证了跟踪误差能够快速收敛到零,从而保证了编队队形的稳定.最后,通过仿真验证了所提方法的有效性.     

带有扰动的非线性系统的自适应模糊控制

为了研究一类不确定带有未知扰动的非线性严格反馈系统的自适应模糊跟踪控制问题.文中通过模糊逻辑系统的逼近特性和Backstepping技术构造了一个新的自适应模糊跟踪控制器.该控制器保证闭环系统的所有信号半全局一致有界,并且跟踪误差收敛到原点的一个任意小邻域内.     

基于速度补偿算法的多机器人编队控制研究

为解决传统领航-跟随算法在多机器人系统编队控制中算法复杂及普通编队控制律较难完成多机器人圆形编队的问题,通过对传统的领航-跟随算法进行改进,将多机器人的编队问题转化为机器人之间的跟踪控制问题,提出了一种基于位置信息的速度补偿算法,并将其用于多机器人编队.首先建立了速度补偿算法机器人编队控制模型,利用跟随机器人与虚拟机器...     

基于命令滤波技术的水下机器人位置跟踪控制

为解决考虑输入饱和的自治水下机器人的位置跟踪问题,本文采用自适应神经网络命令滤波控制方法,设计了对自治水下机器人进行位置跟踪控制器。利用反步法构造考虑输入饱和的控制器,使用神经网络系统逼近自治水下机器人系统中的非线性项,同时采用命令滤波技术解决计算爆炸问题,引入误差补偿机制,降低滤波误差带来的影响。通过选取合适的李雅普诺夫函数求出自适应律,证明闭环系统的所有信号有界。仿真结果表明,该控制器可以使水下机器人系统中的位置跟踪误差收敛到一个足够小的邻域内。该研究具有一定的实际应用价值。     

基于有限时间永磁同步电机命令滤波位置跟踪控制

针对永磁同步电机动态数学模型存在的问题,本文基于永磁同步电机非线性模型,利用有限时间的控制方法,对永磁同步电机的命令滤波位置跟踪控制进行研究,提高了系统的收敛速度及干扰抑制能力。在传统反步设计方法的基础上,引入命令滤波技术,克服了在传统反步控制中由于对虚拟控制函数连续求导引起的"计算爆炸"问题,通过设计补偿误差机制,减小了滤波误差,并利用Matlab仿真软件进行仿真验证。仿真结果表明,本文设计的控制方法能够克服负载扰动的影响,使跟踪误差收敛到原点一个充分小的邻域内,实现了对永磁同步电机准确快速的位置跟踪控制。该研究在实际工业过程中具有一定的实用意义。     

异步电动机的动态面模糊离散速度跟踪控制

针对异步电动机中参数不确定和存在负载扰动的问题,本文综合运用反步控制方法、模糊逼近理论和动态面技术,研究了异步电动机在离散模型下的速度跟踪控制问题。运用欧拉方法得到异步电动机离散状态下的数学模型,同时运用模糊逻辑系统来逼近其中的未知非线性函数,利用动态面技术解决在反步法中产生的计算爆炸问题,构造速度跟踪控制器,实现对异步电动机的速度跟踪控制,并在Matlab环境下对异步电动机进行仿真分析。仿真结果表明,所构造的控制器,能够有效解决系统中参数不确定及存在外部负载扰动的问题,并且使跟踪误差收敛到原点附近很小的邻域内,实现对异步电动机的快速跟踪控制。该方法具有一定的实际应用价值。     

考虑输入饱和的永磁同步电机随机命令滤波控制

针对永磁同步电机驱动系统中存在的随机扰动问题,本文在自适应反步法基础上,利用模糊逼近原理逼近系统中未知的非线性函数,并运用命令滤波技术,解决了传统反步法中因对虚拟控制函数连续求导而产生的计算爆炸问题,实现对考虑输入饱和的永磁同步电机随机非线性系统的位置跟踪控制,为验证本方法的有效性,采用Matlab进行仿真实验。仿真结果表明,本文设计的控制器能克服输入饱和的影响,很好的跟踪设定的期望信号,并且保证跟踪误差收敛在原点很小的邻域内,实现了对永磁同步电机快速有效的控制。该研究对实际系统具有一定的应用价值。     

欠驱动USV神经网络自适应轨迹跟踪控制

为解决欠驱动USV系统在模型不确定性和未知海流干扰下的水平面轨迹跟踪问题,基于反步法与自适应技术,提出一种非线性鲁棒轨迹跟踪控制策略. 针对欠驱动USV参数不确定问题,运用神经网络自适应方法对欠驱动USV系统未知函数进行估计和逼近;然后,运用动态面方法获取虚拟变量的导数,不仅控制律结构简单,易于工程实现,而且有效地减小了传统反步法中虚拟变量直接求导的复杂性;针对未知时变海流的干扰,设计了一种指数收敛海流观测器,有效估计未知缓慢时变海流速度;其次,基于李雅普诺夫理论证明了所设计的控制器能够保证运动轨迹收敛于期望值,并且保证了该轨迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界;最后,在控制输入受限条件下,为检验该控制器的跟踪性能,选取圆轨迹作为参考轨迹,仿真实验表明,该控制器能够有效地实现预期轨迹,神经网络自适应方法对系统未知函数可有效估计和逼近,对未知时变海流干扰具有较强的鲁棒性,轨迹跟踪误差和速度跟踪误差均收敛到零附近的一个邻域内,从而验证了所提出控制器的有效性.     

封面图片说明

正封面图片来自本期论文"角速度约束卫星编队控制与虚拟演示验证",图片是视景仿真中角速度约束下跟随者航天器对领航者航天器姿态跟随卫星编队控制图.针对角速度约束下卫星编队姿态同步控制问题,提出一种附加系统动态-姿态同步控制器综合设计策略.首先,考虑角速度约束影响,建立约束下卫星编队模型;其次,建立姿态跟踪误差方程,将角速度约束转化为角速度跟踪误差约束,并设计新型有限时间附加系统动态,保证姿态变化满足约束要求;然后,基于附加系统状态,设计姿态同步控制器,     

非线性不确定系统的自适应模糊跟踪控制

针对一类带有未知非线性函数的非线性不确定系统,提出了一种新的自适应模糊跟踪控制方案。模糊逻辑系统用于系统中的未知的非线性函数建模,然后基于backstepping方法和自适应技术设计模糊自适应控制器。所设计的模糊自适应控制器确保闭环系统的所有信号是一致有界的,同时跟踪误差收敛到原点的一个充分小的邻域内。另外所设计的控制器不涉及模糊基向量函数,因此所提出的控制器用于控制系统时,将极大地降低系统的在线计算负担。仿真算例验证了所提出方法的有效性。     

异步电动机的命令滤波自适应速度调节控制

针对异步电动机驱动系统中存在的负载扰动和参数不确定的问题,本文在传统自适应反步控制方法的基础上,运用神经网络逼近系统模型中未知的非线性函数,同时采用命令滤波技术,解决了传统反步法中对虚拟控制函数进行连续求导而无法避免的计算爆炸问题,实现对异步电动机的速度调节控制。为了验证本文所提方法的有效性,在Matlab环境下对异步电动机进行仿真分析,仿真结果表明,即使在参数不稳定和有负载转矩扰动的情况下,本文所提出的控制方法依然可以很好的跟踪给出的期望信号,并确保跟踪误差收敛到原点很小的邻域内,可实现对异步电动机快速有效的控制。因此,该方法具有一定的实际应用价值。     

主动隔振器的自适应模糊控制研究

针对具有非线性不确定性的主动隔振器的镇定问题,本文采用隔离振动源方法,建立了主动隔振器系统的动态方程,并运用模糊逻辑来估计系统的未知非线性函数;同时基于Backstepping和自适应模糊控制技术给出了系统的控制方案,并在控制器的作用下,闭环系统状态快速收敛到原点充分小的邻域内,从而确保系统正常运行,同时用实例进行了数值仿真.仿真结果表明,在控制信号的作用下,系统状态能快速收敛到原点充分小的邻域内,所设计的模糊自适应控制器在镇定主动隔振器系统的同时使所有的自适应信号保持有界.该研究可确保主动隔振器系统具有良好的隔振性能.     

非线性时滞系统的自适应模糊跟踪控制

针对一类带有未知非线性函数和时滞项的非线性不确定系统,提出了一种新的自适应模糊跟踪控制。用模糊逻辑系统来逼近系统中未知的非线性不确定函数,基于自适应方法和Backstepping设计模糊自适应控制器。设计的模糊自适应控制器确保了闭环系统的所有信号是一致有界的,也保证了跟踪误差收敛到原点的一个充分小的邻域内;另外设计的模糊跟踪控制器不涉及模糊基向量函数的计算,使其在系统的控制过程中将极大地降低系统的在线计算负担。仿真算例验证了所提出方法的有效性。     

PMSM驱动的机器人规定性能反步自抗扰控制

为提高机器人轨迹跟踪的精度与抗扰动能力,本文以永磁同步电机机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动的二自由度刚性关节机器人为研究对象,提出规定性能的反步自抗扰位置控制。该方法结合反步法与自抗扰技术,通过扩展状态观测器(extend states observers,ESO)补偿不确定的动态和扰动,利用跟踪微分器(track differentiator,TD)代替虚拟控制信号的导数,消除非线性函数的重复微分引起的"计算爆炸",设计规定性能函数提高位置跟踪的速度和精度,并结合电机矢量控制策略,设计反步电流控制器。通过输入状态稳定定理进行稳定性分析,证明系统状态能渐进收敛到原点的任意小邻域内。仿真结果表明,相比于无规定性能控制,本文提出的规定性能反步自抗扰控制,控制精度更高,收敛速度更快,有良好的动态和稳态性能。该控制方法具有较高的位置跟踪精度和较强的抗干扰能力。     

考虑输入饱和的永磁同步电机随机非线性控制

针对永磁同步电机驱动系统存在的随机扰动问题,本文利用自适应神经网络控制方法,对考虑输入饱和的永磁同步电机随机非线性系统的位置跟踪控制进行研究。通过神经网络逼近系统中的非线性函数,利用自适应反步法构造控制器,同时选择合适的李雅普诺夫函数,证明了闭环系统的稳定性,同时,为验证所提方法的有效性,采用Matlab进行仿真实验。仿真结果表明,本方法所构造的控制器,在考虑输入饱和的情况下,能够保证闭环系统所有参数都是有界的,并且跟踪误差收敛到原点任意小的邻域内。该控制策略将永磁同步电机驱动系统的研究由确定型系统扩展到随机系统中。该研究具有一定的实际应用价值。     

一类非线性系统的鲁棒自适应跟踪控制

针对一类带有有界扰动的非线性系统,设计了一种鲁棒自适应控制器,该控制器既能保证闭环系统所有信号的全局有界性,又能使输出跟踪误差以指数速度收敛到零的一个小邻域内.仿真结果证明了所提控制方案的有效性.     

一种多机器人编队控制策略及实现

针对多机器人协作系统中机器人编队控制问题,采用了一种基于运动学的领航-虚拟跟随法的编队方法,并在跟踪控制方面对算法进行了改进和修正。MATLAB软件仿真以及在HR-I型双轮差速移动机器人实验平台上的实验证明,改进算法能够达到更好的编队效果。     

带有鲁棒控制项的MIMO非线性系统的模糊控制

针对一类不确定多输入多输出（MIMO）非线性系统, 提出了一种新的鲁棒间接自适应模糊控制设计方案, 解决了提高模糊控制精度问题. 模糊逻辑系统用作逼近系统的未知函数, 根据跟踪误差给出了参数调节律, 用鲁棒控制项对未知的逼近误差进行补偿, 以此来减小逼近误差对跟踪精度的影响. 基于李亚普诺夫函数方法证明了所设计的控制方案不但能保证跟踪误差收敛到原点的小邻域内, 而且通过适当增大设计参数的值, 可使跟踪误差减小, 提高了控制精度.仿真结果表明了该方法的有效性.     

性能函数约束下的动力定位船轨迹跟踪控制

针对动力定位船的轨迹跟踪中经常涉及到控制偏差较大和跟踪误差无法估计的问题,本文提出了一种预设性能函数的约束控制方法。首先建立了三自由度简化的动力定位船运动学和动力学模型,根据模型特性设计了基于预设性能函数的反步自适应控制器,该控制方法能够保证动力定位船在执行轨迹跟踪任务过程中的暂态性能和稳态性能满足控制指标要求。然后通过Lyapunov稳定性判据,证明了满足预设性能前提下的系统稳定性并且能够快速收敛到平衡点的微小邻域内。实验结果表明:此方法减小了轨迹跟踪误差的超调量,保证了轨迹跟踪误差始终在预先设定的约束范围内。