未知仿射非线性系统的执行器容错控制设计

针对一类多输入单输出未知仿射非线性系统研究了在执行器发生故障情况下的容错控制问题,基于反步设计和自适应模糊逼近理论给出了控制方案使闭环系统能够同时容忍执行器的卡死和失效故障。在每一步设计中采用一个模糊逼近器来逼近未知函数,其中包括系统函数和由故障引起的未知动态。然后基于Lyapunov稳定性理论设计自适应律在线调节逼近器的参数,使其可以自动补偿故障对系统的影响。最终得到的控制器能够在执行器发生卡死和失效故障的情况下利用未卡死执行器的有效部分保证闭环系统是稳定的,并且输出能够以指定的精度跟踪给定参考信号。仿真算例证实了该方法的可行性和有效性。     

执行器故障和未知控制方向系统的自适应模糊学习控制

在工业生产中,工业机器人等设备在重复运动中容易出现执行器故障,进而降低生产效率。另外,考虑到很多实际系统无法提前预知控制方向,因此,面向执行器故障和未知控制方向系统,提出了一种自适应模糊迭代学习控制(iterative learning control, ILC)算法。首先,使用模糊逻辑系统(fuzzy logic system, FLS)估计期望的控制信号,并设计额外的自适应项来补偿执行器故障和系统未知函数带来的副作用。其次,考虑到系统的控制方向是未知的,采用离散Nussbaum型函数在迭代方向对其进行辨识,并将该函数应用于自适应模糊ILC算法。最后,通过Lyapunov-like函数证明了所提自适应模糊ILC算法的可行性：当迭代次数趋于无穷大时,除t∈{0,1,…,m-1}时刻之外的ILC跟踪误差可收敛到一个可调界内,且所有系统信号保持有界。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

无人机非确定性等价自适应容错飞行控制

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞行控制设计中,通过引入辅助系统并动态调节因子,构造非确定性等价原理中偏微分方程的近似解,以简化自适应律设计复杂度.此外,借助Lyapunov稳定性分析方法,证明了在所设计的自适应容错控制器作用下闭环系统的稳定性.最后,仿真验证表明所设计的控制方法能够保证故障无人机的闭环系统性能.     

基于嵌套自适应观测器的 连铸结晶器振动位移系统有限时间容错控制

针对连铸结晶器振动位移系统存在伺服电机驱动单元等执行器故障和负载转矩扰动问题, 本文提出一种基于嵌套自适应观测器的有限时间容错策略. 首先, 设计一种嵌套自适应观测器在线估计由执行器故障和负载转矩扰动构成的综合不确定项; 其次, 采用分层设计与终端滑模相结合的方法, 分别对位移子系统和电流环子系统设计全阶滑模控制器(FOSMC)和终端滑模控制器补偿综合不确定项, 并通过引入一阶低通滤波器来提高控制信号的连续性. 理论分析表明, 本文所提容错控制策略能够保证闭环系统所有状态有限时间稳定; 最后, 通过仿真对比研究验证了本文所提控制策略的有效性.     

孤岛交流微电网鲁棒自适应H∞补偿控制

微电网稳定运行是可靠供电的有利保障,论文针对带有执行器故障、外部有限能量扰动的不确定孤岛交流微电网系统,提出鲁棒自适应H∞补偿控制的设计方法.所设计的直接自适应状态反馈控制器既可补偿执行器故障和参数摄动的影响,同时也具有良好的扰动抑制能力.算例结果表明所提的控制方法可以有效解决不确定系统在出现执行器故障时,仍能使闭环故...     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制器的双机械臂协同阻抗控制

多机械臂的精准协同控制已成为当前机器人领域的研究难点,为实现双机械臂精准控制,通过建立双机械臂动力学模型,采用时间延时估计简化机械臂动力学模型,在保证控制系统稳定性的前提下,引入自适应模糊滑模控制器实现对估计误差的修正和补偿,设计基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制的双机械臂协同阻抗控制器,实现双机械臂协同操作的末端轨迹控制以及接触力精准控制.最后,将该控制器应用于两台六自由度机械臂仿真平台,实现双臂夹取和搬运同一目标物体的操作,通过与其他控制器进行对比实验,表明所设计的控制器具有响应快、无抖震、精度高的特点.     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.     

基于模糊控制系统的机械臂自适应控制算法设计

针对现有机械臂控制算法,在轨迹控制和精度补偿方面存在的不足,设计了一种基于模糊补偿系统的自适应控制算法。先在笛卡尔空间内分析了机械臂的空间动力学运动过程,并得出机械臂运动中的最优力矩值,构建模糊控制规则并设定模糊子集;对经典模糊理论进行优化,引入可变论域思维在机械臂运动过程中,系统会实时反馈末端执行器行动轨迹,并实施动态化补偿;基于自适应算法对可变论域模糊控制器进行二次优化,修正模糊规则并校正模型的控制量参数,提升和改善整个机械臂系统的控制精度。实验结果显示,模糊补充自适应控制算法在多关节和多连杆机械臂的角度控制和位移控制精度方面有较大的优势,同时各关节和连杆的运动相应时间仅为0.27s和0.20s。     

带有执行器故障汽车驾驶机器人反步自适应容错控制

针对机械腿执行器可能发生的不确定故障,提出了一种自适应容错控制方法。首先基于反步设计基本非线性控制器;然后设计自适应控制器对机械腿控制系统进行故障补偿和扰动抑制,使机械腿在发生故障的情况下仍能旋转到期望位置,进而实现对车速的跟踪控制。最后通过搭建Simulink仿真模型,证明所提的故障补偿控制算法能实现期望的控制目标提高汽车行驶过程中的安全性和可靠性。     

协作机械臂碰撞环境下的安全控制

针对人机协作过程中机械臂末端与操作者之间可能存在物理碰撞的问题,本文提出一种基于自适应导纳和滑模控制的机械臂安全控制方法.首先,采用基于广义动量的干扰观测器估计机械臂各关节和末端执行器上的干扰力.然后,设计一个双环控制结构,内环是基于干扰观测的双幂次趋近律滑模轨迹跟踪控制器,用以克服外界干扰的影响,达到期望的轨迹跟踪精度;外环是自适应导纳控制器,依据碰撞外力的大小和方向更新期望轨迹,以保证机械臂碰撞发生时的柔顺性和碰撞解除后迅速恢复工作状态的能力.最后,对所提算法进行仿真和实验验证.实验结果表明,协作机械臂碰撞环境下的安全控制算法能保证人机协作的安全性和机械臂工作的连续性,满足人机协作过程中的工作需求.     

带有执行器故障的网络控制系统的自适应容错H∞控制

针对带有执行器故障的网络控制系统, 提出了一种自适应容错控制方法. 首先基于最近提出的一种新的网络诱导时滞模型, 设计了状态反馈形式的自适应容错控制器. 然后以线性矩阵不等式的形式给出了控制器存在的充分条件. 该条件不仅保证了系统在执行器故障和正常情形下均能达到稳定, 而且使得其H∞性能最优. 最后通过一个数值例子证明了所提方法的有效性.     

可重构机械臂反演时延分散容错控制

针对存在模型参数不确定性的可重构机械臂系统执行器故障,提出一种基于反演设计与时延技术相结合的容错控制方法.该方法利用反演设计的基本思想,通过神经网络补偿子系统动力学模型中的参数不确定项和关联项.利用时延控制的逼近能力来补偿执行器的故障,使得故障发生时能及时实现容错控制.该方法具有不需要在线进行故障诊断的特点,仿真结果表明了所提出控制方法的有效性.     

双电机同步驱动伺服系统故障诊断与容错控制

本文针对双电机同步驱动伺服系统中执行器失效会导致系统性能下降甚至失稳的情况,提出了一种基于自适应滑模的故障诊断和容错控制策略.该方法通过设计各电机转速的自适应滑模状态观测器,在线估计各执行器的失效因子:当单个执行器部分失效时,通过自适应的方法调整控制器增益;当单个执行器全部失效时,重构系统的控制律.对于系统中存在非匹配不确定项的情况,提出在期望虚拟信号中引入基于扩张状态观测器的补偿项抑制方案;利用Lyapunov理论证明了闭环系统在正常和故障状况下的稳定性以及观测器的收敛性;仿真结果表明,所设计的控制策略能保证系统稳定跟踪指令信号,在单个执行器失效的情况下系统跟踪性能基本不下降.     

基于MMST分组的一类MIMO非线性系统执行器故障自适应补偿控制

在多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)非线性系统的执行器故障容错控制问题中,控制器能够处理的执行器故障集合的大小与执行器分组方法有很大关系.为扩大系统可处理的执行器故障集合,本文针对一类具有执行器故障的MIMO非线性最小相位系统,提出基于多模型切换(Multiple model switching and tuning,MMST)执行器分组的自适应补偿控制方法.考虑系统的执行器卡死、部分失效和完全失效故障,在微分几何反馈线性化的基础上,研究基于多模型切换的执行器分组切换指标和切换策略,设计了基于反演控制的自适应补偿跟踪控制律,所设计的控制律能保证系统在执行器故障时闭环稳定,渐近跟踪给定的参考信号,且提出的分组方法扩大了可补偿的执行器故障集合.仿真结果表明了本文设计方法的有效性.     

可重构模块机器人分散容错控制

针对可重构模块机器人的执行器故障,提出一种基于自适应模糊系统的分散被动容错控制方法.该方法不需要机器人动力学模型与模块之间的信息交换,模块控制器分别采用间接和直接自适应方法设计,自适应参数的更新律基于Lyapunov稳定性理论设计,保证了系统的稳定性和H∞跟踪性能.数值仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

航天器位姿运动一体化直接自适应容错控制研究

针对航天器近距离操作过程中追踪航天器位姿控制系统执行器故障问题,提出了一种直接自适应容错控制方法,保证了追踪航天器在发生执行器故障下的自身稳定性和对目标航天器位姿状态的渐近跟踪性能.基于对偶四元数的航天器位姿一体化控制系统模型,首先,假设故障已知,设计标称控制信号;然后,设计自适应更新律对标称控制信号中的未知参数进行估计,构成自适应控制信号;最后,利用多Lyapunov函数对多故障模式下的系统性能进行分析.仿真结果表明了所提方法的有效性.     

一类机械臂系统自适应有限时间有界H∞跟踪控制

考虑一种电机驱动的单连杆机械臂系统在受到输出约束时的自适应有限时间H∞跟踪控制问题.一个有限时间有界H∞性能的新概念被提出,并结合障碍Lyapunov函数(BLF)、神经网络自适应技术、有限时间控制理论和H∞控制理论,提出了一种该系统在输出受限条件下的自适应神经有限时间有界H∞跟踪控制器设计方法,避免了许多有限时间控制...     

双容液位系统的不确定时滞的鲁棒容错控制

针对双容液位控制系统的执行器失效等故障,通过线性化建模,研究了鲁棒自适应容错控制问题。首先在系统无故障正常工作时,考虑建模误差、输入信号的稳定性、系统参数等不确定性因素,利用不确定性上界自适应估计,设计了不确定时滞鲁棒控制器。同时,对系统进行故障检测,研究了一种修正控制律的自适应鲁棒容错控制器设计方法,该控制器通过修补执行器故障所带来的影响使该系统最终有界稳定。最后,通过仿真试验,验证了提出的方法的有效性。     

双容液位系统的不确定时滞的鲁棒容错控制

针对双容液位控制系统的执行器失效等故障,通过线性化建模,研究了鲁棒自适应容错控制问题。首先在系统无故障正常工作时,考虑建模误差、输入信号的稳定性、系统参数等不确定性因素,利用不确定性上界自适应估计,设计了不确定时滞鲁棒控制器。同时,对系统进行故障检测,研究了一种修正控制律的自适应鲁棒容错控制器设计方法,该控制器通过修补执行器故障所带来的影响使该系统最终有界稳定。最后,通过仿真实验,验证了提出方法的有效性。