周期离散时间系统的预见控制器设计

对于一类线性周期离散时间系统,提出一种新的周期预见控制器的设计方法.首先,利用二维模型方法及系数矩阵的周期性特点,将系统状态与其稳态值之差代替通常的状态差分,成功地构造出原系统的二维(2D)扩大误差系统;然后,针对导出的扩大误差系统,结合Lyapunov稳定性理论和LMI方法,给出闭环系统渐近稳定的条件及预见控制器的设计方法;最后,通过数值仿真说明该方法的有效性.     

一类线性离散广义系统最优预见控制器设计

提出一类广义线性离散系统的预见控制问题.首先,利用差分算子构造扩大误差系统,然后通过引入一些恒等式,把可预见的目标信号的差分也包含在扩大误差系统的状态向量中,把所考虑的广义系统的预见控制问题转化为一个形式上的普通广义系统的控制问题.由熟知的广义系统最优控制理论的结论,得到广义系统的带有预见作用的控制器.对扩大误差系统的R-能稳性和能检测性进行了详细讨论.     

参数不确定离散时间系统的有限时间输出反馈预见控制器设计

基于参数依赖的Lyapunov函数方法及LMI技巧,研究一类参数不确定离散时间系统的有限时间输出反馈预见控制问题.首先,采用预见控制理论中误差系统的方法,引入差分算子和离散提升技术,构造出包含未来目标值信号和干扰信号的信息的扩大误差系统,将有限时间预见控制问题转化为扩大误差系统的有限时间稳定性问题;然后,针对所推导出的扩大误差系统设计输出反馈预见控制器,通过改造输出方程以充分利用可预见信号的未来信息,并通过LMI技巧给出闭环系统有限时间稳定的条件及预见控制器的设计方法.研究结果表明,通过求解LMI,可确定静态输出反馈预见控制器增益矩阵.数值仿真表明了所提出方法的有效性.     

时变参数不确定离散时间系统的预见控制

基于具有参数依赖的Lyapunov函数方法及LMI技巧,研究一类时变参数不确定离散时间系统的预见跟踪控制问题.首先,采用预见控制理论中误差系统的方法,引入两个与状态变量和输入变量有关的辅助信号,构造出包含未来目标值信号和干扰信号的信息的扩大误差系统,将原系统的预见跟踪问题转化为扩大误差系统的镇定问题;然后,针对扩大误差系统,考虑输出反馈时,通过改造输出方程融合可预见信号的未来信息.研究表明,通过求解LMI,即可确定静态输出反馈预见控制器增益矩阵的参数矩阵.数值仿真表明了结果的有效性.     

基于有限时间输出反馈的线性扩张状态观测器

为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态, 提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer, FT-LESO), 它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计. 假设系统的状态无法量测, 观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题. 针对该问题, 提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法, 得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系. 在此基础上, 提出有限时间线性扩张状态观测器, 得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系, 给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内, 为观测器参数设计提供理论依据. 通过数值仿真验证提出的观测器, 仿真结果与理论分析相符, 提出的观测器是有效的.     

线性连续时间时滞系统的有限时间有界跟踪控制

研究一类线性连续时间时滞系统的有限时间有界跟踪控制问题.首先,采用预见控制理论中求导的方法构造带有时滞的误差系统,把误差信号的信息包含在误差系统的状态向量中,再将其作为误差系统的输出向量;其次,通过为误差系统设计一个有记忆的状态反馈控制器,把问题转化为研究带有时滞的误差系统的闭环系统输入-输出有限时间稳定问题;再次,借鉴输入-输出有限时间稳定的研究方法和线性矩阵不等式的方法, 通过构造Lyapunov-Krasovskii函数,给出由一组线性矩阵不等式表征的控制器增益矩阵的设计方法,由此得到原系统的一个有限时间有界跟踪控制器;最后,通过一个数值实例验证所设计的控制器的有效性和优越性.     

利用共享动态隐变量模型估计三维人体运动

可视媒体中的基于学习的三维人体运动分析是计算机视觉领域中非常有挑战性的课题.本文在Gauss动态隐变量模型与共享隐结构的基础上,给出一种新的共享动态隐变量模型用于三维人体运动跟踪.该模型针对高维非线性动态系统,可以计算出高维状态向量和高维观测向量的共享动态低维隐变量,同时也能计算出隐变量对高维状态向量、高维观测向量的双向映射、以及隐变量自身的动态关系.使用该模型可以将传统的高维人体运动估计分层为先估计低维隐变量状态,再重建高维人体运动.在实验结果中,用仿真图像序列与真实图像序列证明了方法的有效性.     

离散时间线性多变量系统的持久激励性

对于离散时间线性多变量系统,如果输入向量满足文中给出的条件,就能保证回归向量的持久激励。另外指山,采用通常的伪随机二进制序列作为输入能满足这个条件。     

基于RBF神经网络的直接广义预测控制

针对广义预测控制算法需要在线递推求解 Diophantine 方程及矩阵求逆等计算量大的缺陷,对参数未知多变量非线性系统提出一种径向基函数神经网络的直接广义预测控制算法.该算法将多变量非线性系统转化为多变量时变线性系统,用三次样条基函数逼近系统广义误差向量中的时变系数,然后利用径向基神经网络来逼近控制增量表达式,并基于广义误差估计值对控制器参数向量即网络权值向量θu和广义误差估计值中的未知向量θe进行自适应调整.仿真结果验证了此算法的有效性.     

广义输出误差模型的两阶段最小二乘递推辨识

在有色噪声干扰系统中有一类系统, 它具有广义输出误差模型(OEARMA), 本文提出一类广义输出误差模型的 两阶段递推最小二乘参数估计算法. 该算法基本思想是结合辅助模型辨识思想和分解技术, 将系统分解成两个子系统, 每个子系统包含一个参数向量. 借助基于辅助模型和递推最小二乘理论, 用辅助模型的输出代替辨识模型信息向量中未 知中间变量, 用估计残差代替信息向量中不可测噪声项, 从而可以运用递推辨识思想来估计系统所有参数. 该算法具有 较高的计算效率, 仿真例子说明提出算法的有效性.     

Output feedback preview tracking control for discrete-time polytopic time-varying systems

This paper focuses on the problem of static output feedback preview tracking control for discrete-time systems with time-varying parameters subject to a previewable reference signal. We develop a design method of a robust controller with integral and preview actions achieving robust tracking performance. First, an augmented error system including future information on reference signal is constructed by introducing two new related auxiliary variables to the original system state and input. This leads to a tracking problem being transformed into a regulator problem. Then, a previewable reference signal is fully utilised through reformulation of the output equation for the augmented error system while considering a static output feedback. Meanwhile, the static output preview control gains are solved explicitly by the proposed conditions. Finally, a numerical example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

线性连续时滞系统最优预见重复控制

针对一类线性连续时滞系统,提出一种最优预见重复控制设计方法.首先,通过一种等价变换,将被控时滞系统转化为无时滞系统.然后,利用L阶差分算子提升技巧,获得包含状态变量导数和跟踪误差的增广连续系统.在此基础上,通过定义一种新的性能指标,将预见重复控制设计问题转化为连续非自治系统的线性二次调节问题.进一步,基于最优控制理论,得到包含状态反馈、误差积分、重复控制、时滞补偿和预见补偿的最优预见重复控制器.该控制器包含了已有文献的多种控制器形式.最后,通过一个数值仿真实例,说明所提方法的有效性.     

多采样率不确定离散时滞系统的鲁棒预见控制

研究一类输入多采样率型不确定离散时滞系统的鲁棒预见控制问题.首先,利用离散提升技术从形式上消除输入时滞和多采样率特点,将多采样率不确定系统的鲁棒预见控制问题转化为一个普通的单采样率不确定系统的鲁棒预见控制问题;然后根据预见控制的基本方法,构造出包含未来目标信息的扩大误差系统,并对其相应的标称系统设计预见控制器;最后,根据所设计的控制器和Lyapunov稳定性理论,给出不确定闭环系统的鲁棒稳定性判据.数值仿真结果验证了所提出设计方法的有效性.     

Preview control of polytopic time-varying systems subject to actuator saturation

In this study, a novel method is proposed to track a previewable reference signal in the polytopic time-varying system with input saturation. Firstly, an augmented model containing future information is constructed using a new formal variable. This leads to the tracking control problem of polytopic time-varying system with input saturation is transformed into a stability problem of augmented error system. Next, the state and static output feedback preview controls are introduced, and the corresponding controller gains are produced by the proposed conditions. Two examples are presented to validate the effectiveness of the proposed preview controller.     

Cooperative global optimal preview tracking control of linear multi-agent systems: an internal model approach

This paper investigates the cooperative global optimal preview tracking problem of linear multi-agent systems under the assumption that the output of a leader is a previewable periodic signal and the topology graph contains a directed spanning tree. First, a type of distributed internal model is introduced, and the cooperative preview tracking problem is converted to a global optimal regulation problem of an augmented system. Second, an optimal controller, which can guarantee the asymptotic stability of the augmented system, is obtained by means of the standard linear quadratic optimal preview control theory. Third, on the basis of proving the existence conditions of the controller, sufficient conditions are given for the original problem to be solvable, meanwhile a cooperative global optimal controller with error integral and preview compensation is derived. Finally, the validity of theoretical results is demonstrated by a numerical simulation.     

Output feedback preview control for polytopic uncertain discrete‐time systems with time‐varying delay

This paper considers the preview tracking control problem of polytopic uncertain discrete‐time systems with a time‐varying delay subject to a previewable reference signal. First, a model transformation is employed and a discrete‐time system with a time‐invariant delay and an external disturbance is obtained. The difference operator method can be extended to derive an augmented error system that includes future information on the reference signal. Then, a previewable reference signal is fully utilized through reformulation of the output equation while considering the output feedback. Based on the small gain theorem, a static output feedback controller with preview actions is designed such that the output can asymptotically track the reference signal. Finally, numerical simulation examples also illustrate the superiority of the desired preview controller for the uncertain system in the paper.