考虑输入饱和的高超声速飞行器反步法控制

为解决输入饱和、参数不确定和气动弹性影响下的高超声速飞行器控制问题,提出一种基于反步法的非线性鲁棒自适应控制方法.针对高超声速飞行器纵向通道控制问题,将其分解为速度子系统和高度子系统分别进行控制器设计.首先,基于Lyapunov稳定原理设计了参数估计自适应律来处理输入受限情况的速度跟踪控制问题,即使出现推力饱和也能保证系统稳定性;然后,采用自适应反步法对高度子系统进行分层递推设计,通过引入自适应律对不确定参数进行在线实时估计,以提高控制器的鲁棒性,并且实现了高度的稳定跟踪;同时利用微分跟踪器来获取虚拟控制指令导数;采用鸭翼与升降舵联动控制策略,通过选取合适的联动控制增益可以同时消除控制面与升力耦合带来的非最小相位特性和控制输入对一阶弹性模态的激励;最后,基于LaSalle不变集原理证明了闭环控制系统的稳定性.仿真结果表明,所设计的控制器能够有效处理弹性高超声速飞行器的气动参数不确定和控制饱和问题,并且具有良好的闭环跟踪性能.     

输入受限的航天器姿态调节小波滑模反步控制

对刚体卫星在轨机动时存在未知惯量特性、外部干扰及控制输入受限的控制问题,提出了一种将滑模反步姿态控制与小波相结合的鲁棒控制方法,这种方法在继承传统滑模反步控制的优点的同时,利用小波函数的逼近能力来补偿执行机构饱和非线性;对设计者而言,饱和非线性的结构特性无需了解,并基于Lya-punov方法从理论上证明了滑动模态的存在性及系统的全局稳定性.最后,将该方法应用于航天器的姿态调节控制,仿真结果表明此控制器能有效地处理航天器姿态调节过程中控制输入饱和受限的约束,在完成姿态调节控制的同时,具有良好的过渡过程品质.     

基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制

针对一类输入受限的非匹配不确定非线性系统,提出了一种抗饱和自适应反步控制方法.利用模糊干扰观测器在线逼近系统的未知非匹配不确定及干扰,采用反步控制方法设计自适应控制器.控制系统设计中引入限幅滤波器,有效降低了控制输入饱和对系统稳定性的影响,并且控制器设计无需对虚拟控制律进行重复求导.利用李亚普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于扩张状态观测器的板球系统误差反步控制

为提高板球系统的轨迹跟踪精度和抗干扰能力,提出了一种基于扩张状态观测器的误差反步控制策略。首先设计扩张状态观测器,估计出系统受到的不确定扰动。然后将观测出来的平板转角和角速度状态变量与反步法相结合,设计出带有低通滤波性能的误差反步控制器。实验结果表明,所设计的控制器具有良好的轨迹跟踪性能,验证了该控制策略的有效性。     

具有输入饱和的环形永磁力矩电动机伺服系统自适应反步控制

针对环形永磁力矩电动机伺服系统,考虑系统具有输入饱和,基于自适应反步法设计了自适应控制器.考虑系统中含有线性化未知参数及未知的外界扰动,通过引入辅助信号对输入饱和做出补偿.与现有结果相比,控制器设计中并不要求未知参数的界已知.该自适应控制器可以保证系统稳定.仿真结果进一步验证了控制器的有效性.     

基于扰动观测器的时滞非线性系统的跟踪控制

研究了具有输入时滞和未知外部扰动的单输入单输出非线性系统的跟踪控制问题. 针对系统中未知扰动,设计了扰动观测器对其进行良好的监测,针对输入时滞问题,采用pade近似和增加中间变量的方法消除其带来的影响. 在系统具有未知外部扰动的情况下,利用反步法和扰动观测器的技术提出了鲁棒跟踪控制. 在基于扰动观测器的鲁棒跟踪控制下,通过李雅普诺夫分析,保证了闭环系统中所有信号的一致渐近收敛性. 最后通过一个仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

考虑控制输入受限的卫星姿态控制

研究了刚体卫星在控制输入受限时的姿态调节控制问题.设计了基于饱和函数的非线性控制器,在控制输入受限的同时,也是角速度受限的.通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局渐近稳定性,保证了姿态和角速度都是渐近趋于零的.所提出的控制方案是模型独立的,不依赖于卫星的转动惯量.仿真结果表明,在控制输入受限情况下,用所设计的控制方案实现姿态控制是可行的、有效的.     

一类具有输入量化和未知扰动的非线性系统的自适应有限时间动态面控制

本文研究了具有量化输入信号和未知扰动的非线性系统的有限时间自适应输出反馈动态面控制问题.在控制设计过程中,利用模糊逻辑系统对系统中的非线性项进行逼近.然后引入一种滞回量化器来避免量化信号中的抖振,并且构造模糊观测器来估计系统中不可测的状态.为了提出一种有限时间控制策略,首先给出了半全局实际有限时间稳定的判据.在此基础上,将动态面控制技术与反步法相结合,设计了自适应模糊控制器.该控制器不仅能保证跟踪误差在有限时间内收敛到原点的一个小邻域,而且可以保证闭环系统中所有信号的有界性.最后通过一个仿真实例验证了该控制方法的有效性和可行性.     

控制输入受限的四水箱系统分布式预测PI控制

工程实践中,控制输入约束是普遍存在的.四水箱系统是有着广泛工程应用背景的典型多流程系统,具有动态过程缓慢、强耦合、强非线性等显著特征,由于能量限制其控制输入只能在允许范围内变化.首先基于相对增益矩阵(RGA)分析确定了分布式控制结构,进而确定了预测PI控制策略,仿真结果表明,与常规PI控制方法相比,分布式预测PI控制能够更有效地克服控制输入积分饱和现象,明显提高系统动态性能,且易于工程应用.     

输入受限的广义预测控制快速算法

针对传统约束广义预测控制算法的计算量大这一缺陷,通过只精确计算当前时刻的控制作用,而对未来时刻的控制序列进行离线近似计算,提出了一种输入受限的广义预测控制快速算法。该算法简单,不必求解Diophantine方程和逆矩阵,大大减小了在线计算量。并且,能够将输入很好地控制在约束范围之内,并具有良好的控制性能。仿真结果表明了该算法的可行性和有效性。     

智能船舶自动舵系统自适应模糊输出反馈控制

针对智能船舶自动舵系统,考虑输入饱和、回转角速度未知和指定性能,提出一种自适应模糊控制算法.本文自适应模糊输出反馈算法采用状态观测器、辅助系统和误差转换系统,模糊逻辑系统用于估计未知非线性函数,状态观测器用于估计未知回转角速度状态,辅助系统和误差转换系统分别用于补偿不匹配控制信号和变换航向角追踪误差.基于Lyapuno...     

On guaranteed cost control of linear systems with input saturation

This work studies the problem of control design for linear systems with input saturation.It is well known that integral quadratic constraints（IQC） can be used to describe input saturation and that the use of IQC in analysis can lead to less conservative performance bound and larger domain of attraction.In this work,it is shown that a class of commonly used IQCs may not help in control synthesis.That is,the use of these IQCs does not enlarge the guaranteed domain of performance for synthesis.     

On guaranteed cost control of linear systems with input saturation

This work studies the problem of control design for linear systems with input saturation.It is well known that integral quadratic constraints(IQC) can be used to describe input saturation and that the use of IQC in analysis can lead to less conservative performance bound and larger domain of attraction.In this work,it is shown that a class of commonly used IQCs may not help in control synthesis.That is,the use of these IQCs does not enlarge the guaranteed domain of performance for synthesis.     

具有输入饱和因子的广义系统BIBO稳定性控制

针对实际控制系统中普遍存在的饱和非线性现象，讨论了一类具有输入饱和因子的广义系统BIBO稳定性控制问题，借助于大系统分解定理，对具有输入饱和因子的广义系统进行综合，首先给出闭环系统状态轨线的解析表达式，利用范数不等式性质，基于Bellman-Gronwall's inequality定理，导出闭环系统BIBO稳定的判别条件，并给出相应的控制器设计算法，所给算法克服了以往结果在控制律设计过程中需要人为设定参数，不断试凑，具有盲目性的不足，结合实际控制系统中饱和非线性具有扇形特性的特点，本文提出了改进的方案，最后给出了数值例子，以验证所提出方法和有效性，并对该领域的进一步研究进行展望。     

具有输入饱和的轧机液压伺服系统鲁棒自适应控制

针对具有参数不确定、非线性和输入饱和问题的轧机液压伺服位置系统,提出一种鲁棒白适应backstepping控制策略。首先,定义一个光滑函数估计饱和函数;为获得稳定的控制输入信号,对被控对象进行增维。其次,利用backstepping方法进行控制器的设计,其中,为处理估计函数的偏微分引入了Nussbaum型函数。最后基于Lyapunov方法证明了闭环系统的所有信号是一致终结有界的。仿真结果表明,该方法能够有效抑制输入饱和对系统造成的不良影响,并能保证系统对参数慢时变具有较强的鲁棒性。     

Adaptive backstepping control for levitation system with load uncertainties and external disturbances

To explore the precise dynamic response of the levitation system with active controller, a maglev guide way-electromagnet-air spring-cabin coupled model is derived firstly. Based on the mathematical model, it shows that the inherent nonlinearity, inner coupling, misalignments between the sensors and actuators, load uncertainties and external disturbances are the main issues that should be solved in engineering. Under the assumptions that the loads and external disturbance are measurable, the backstepping module controller developed in this work can tackle the above problems effectively. In reality, the load is uncertain due to the additions of luggage and passengers, which will degrade the dynamic performance. A load estimation algorithm is introduced to track the actual load asymptotically and eliminate its influence by tuning the parameters of controller online. Furthermore,considering the external disturbances generated by crosswind, pulling motor and air springs, the extended state observer is employed to estimate and suppress the external disturbance. Finally, results of numerical simulations illustrating closed-loop performance are provided.     

超机动非线性自抗扰反演控制律设计

为提升建模不确定性下的超机动飞行控制性能,提出一种基于自抗扰反演的超机动非线性控制律设计方法.建立了具有大迎角特性的飞机六自由度非线性模型,通过由前至后递推的设计思想,逐步迭代设计Lypaunov函数与虚拟的控制输入量,实现强非线性飞机对象的控制.对建模不确定性给超机动控制性能带来的影响,将自抗扰控制方法中的扩张状态观测器与反演控制方法相结合,利用扩张状态观测器不依赖系统模型的特点,实时观测并补偿建模误差对飞行控制的影响.超机动数字仿真结果表明:所设计的超机动非线性控制律能够实现大迎角控制,在40%建模误差的影响下,迎角响应仍平滑稳定.基于自抗扰反演的超机动非线性控制方法具有优异的大迎角机动飞行控制性能.     

模型不确定非线性系统的自适应模糊Backstepping预测控制

为解决一类模型不确定严格反馈非线性系统的跟踪控制问题,提出一种使闭环系统稳定且滚动时域性能指标在线最小化的自适应模糊反步预测控制策略。模糊系统用来逼近该设计过程中的未知非线性项,自适应参数直接用来估计最优逼近权值向量范数的平方,从而只有一个自适应参数需要在线调节;同时考虑模糊基函数的性质,所设计的控制律与自适应律均不含模糊基函数项,理论证明该方法设计的控制器保证闭环系统所有信号是半全局有界的,并且跟踪误差收敛于零的某一邻域。该方法所设计的控制器形式简单,计算量小,更易于实际应用,仿真算例验证提出算法的有效性。     

一种输入饱和受限系统的自适应逆控制

大部分执行器输入都是受约束的,若直接将控制信号输入被控对象,往往造成控制质量变坏,甚至导致控制失败.提出了一种约束自适应逆控制方法,当输入幅值受到饱和约束时,将饱和器与被控对象看作新的对象进行逆建模,并通过构造Lyapunov函数,得出新的控制器权值更新公式,且保证控制系统的稳定性,从而使饱和的影响降到最小.水箱温控系统的仿真实例表明了算法的有效性及对输入噪声的鲁棒性.