带有控制饱和约束的航天器交会输出反馈控制（英文）

针对航天器交会问题存在外部干扰和输入饱和的情况,本文提出了一个输出反馈跟踪控制器.仅利用测量得到的相对位置信息,设计了一个滑模观测器用来估计相对角速度,并根据该估计值设计了一个鲁棒反步控制律.通过引入一个辅助系统,对输入饱和情况进行了分析.采用Lyapunov稳定性理论,证明了本文提出的该控制器能够保证位置和速度跟踪误差的一致有界性.最后通过数值分析验证了所设计的输出反馈控制器的有效性.     

具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制

针对具有非线性、参数不确定性及输入饱和问题的电液伺服位置系统,提出了一种自适应动态面控制器的设计方法.该方法充分考虑饱和特性,利用双曲正切函数和辅助控制信号对系统非线性模型进行等价变换,进而采用动态面方法设计抗饱和控制器.设计过程中引入Nussbaum函数,以补偿输入饱和引起的非线性项.通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统的所有信号一致最终有界.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪效果,并有效地削弱了输入饱和对系统造成的不良影响.     

带有输入饱和及输出受限非仿射系统固定时间跟踪控制

针对具有量化输入饱和及输出受限的非线性非仿射系统,提出固定时间自适应神经网络跟踪控制方法.引入中值定理解决系统具有非仿射结构的问题;基于反步法,使用Barrier Lyapunov函数约束系统输出,并利用RBF神经网络逼近未知函数;根据固定时间控制理论设计输入信号,该输入信号由滞后量化器量化,以降低控制信号的通信速率,并保证该系统在满足量化输入饱和及输出受限的条件下,系统可以在固定时间内跟踪上期望信号,且该系统收敛时间与初始状态无关.最后通过Matlab仿真软件验证所设计控制器的有效性.     

基于修正闭环子空间辨识--分段线性结构的 环管式丙烯聚合反应过程非线性模型预测控

本文提出一种非奇异终端滑模funnel控制(NTSMFC)方法, 实现带有饱和输入电机伺服系统的指定性能跟踪控制. 根据中值定理, 非光滑饱和函数转化为放射形式, 并且应用一个简单的神经网络进行逼近和补偿. 为保证跟踪误差被限制在指定的界限内, 同时为避免构建复杂的barrier李雅普诺夫函数或逆函数, 本文采用一个新的限制变量. 然后, 构建非奇异终端滑模funnel控制器保证电机伺服系统的指定跟踪性能. 该方法无需事先已知输入饱和函数的界限等先验知识, 且基于李雅普诺夫函数设计可以保证位置跟踪误差的收敛性, 最后给出仿真对比实例证明了该方法的有效性.     

带有饱和的电机伺服系统非奇异终端滑模funnel控制

本文提出一种非奇异终端滑模funnel控制(NTSMFC)方法, 实现带有饱和输入电机伺服系统的指定性能跟踪控制. 根据中值定理, 非光滑饱和函数转化为放射形式, 并且应用一个简单的神经网络进行逼近和补偿. 为保证跟踪误差被限制在指定的界限内, 同时为避免构建复杂的barrier李雅普诺夫函数或逆函数, 本文采用一个新的限制变量. 然后, 构建非奇异终端滑模funnel控制器保证电机伺服系统的指定跟踪性能. 该方法无需事先已知输入饱和函数的界限等先验知识, 且基于李雅普诺夫函数设计可以保证位置跟踪误差的收敛性, 最后给出仿真对比实例证明了该方法的有效性.     

带有饱和的电机伺服系统非奇异终端滑模funnel控制（英文）

本文提出一种非奇异终端滑模funnel控制(NTSMFC)方法,实现带有饱和输入电机伺服系统的指定性能跟踪控制.根据中值定理,非光滑饱和函数转化为放射形式,并且应用一个简单的神经网络进行逼近和补偿.为保证跟踪误差被限制在指定的界限内,同时为避免构建复杂的barrier李雅普诺夫函数或逆函数,本文采用一个新的限制变量.然后,构建非奇异终端滑模funnel控制器保证电机伺服系统的指定跟踪性能.该方法无需事先已知输入饱和函数的界限等先验知识,且基于李雅普诺夫函数设计可以保证位置跟踪误差的收敛性,最后给出仿真对比实例证明了该方法的有效性.     

具有未知输入增益的非线性系统的跟踪控制

针对具有未知输入增益的非线性系统, 提出了一种可实现系统输出跟踪控制的自适应控制方法. 通过在backstepping设计中引入一种新的Nausbaum增益, 按该方法设计的控制器可以在系统输入增益未知的情况下实现系统输出的渐近跟踪.     

线性时滞系统基于观测器的最优输出跟踪控制器近似设计

研究线性时滞系统的最优输出跟踪控制器近似设计过程.首先根据原系统最优输出跟踪控制问题构造了两个分别具有已知初始条件和终端条件的微分方程迭代序列,并证明它们一致收敛于原问题的最优解.然后通过对该解序列的有限次迭代,得到最优输出跟踪控制问题的一个近似解,进一步给出一个计算近似最优输出跟踪控制律的算法.最后通过构造降维参考输入观测器解决了最优输出跟踪控制器中前馈项的物理可实现问题.仿真结果表明该方法是有效的,且易于实现.     

具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制

针对近空间飞行器这一类存在外部扰动,输入饱和和参数不确定的多输入多输出线性系统,提出了一种基于干扰观测器的抗饱和鲁棒控制方案.将干扰观测器与抗饱和控制技术相结合,从而消除系统存在的未知外部扰动、输入饱和和不确定性对系统控制的影响.首先,设计干扰观测器对线性外部系统产生的未知扰动进行估计.然后根据干扰观测器输出,通过超前抗饱和方法设计抗饱和补偿器,并将其加入到鲁棒控制器的设计中,保证闭环系统存在输入饱和、未知外部扰动和参数不确定情况下的稳定性.为便于设计,干扰观测器、抗饱和补偿器和控制器设计矩阵均通过求解线性矩阵不等式得到.最后,将提出的鲁棒抗饱和控制方法应用于近空间飞行器,仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

一种推广的组合非线性输出反馈控制

针对多变量饱和线性系统的时变参考输入跟踪问题,研究了一种组合非线性输出反馈控制器的设计方法.基于原始的组合非线性反馈理论,构造了全阶和降阶输出反馈控制器.控制器由线性输出反馈项和非线性反馈项组成,使得闭环系统在包含于吸引域的不变集内渐近稳定.除了能够跟踪时变参考输入外,系统还具有良好的动态性能.仿真结果说明了所开发控制器的有效性.     

基于相对位置信息的多智能体系统自适应跟踪控制

针对带有动态领导者的多智能体系统,为了使其达到跟踪一致性,设计只依赖于相对位置信息的自适应跟踪控制律.根据接收到的相对位置信息为每个跟随者设计动态输出反馈控制律,并根据控制律估计出智能体之间的相对速度信息.在此基础上设计自适应跟踪控制律,并且通过Lyapunov 稳定性理论和矩阵理论分析得到使系统达到跟踪一致性的充分条件.最后通过数值仿真验证了所提出的设计方法的有效性.     

轮式移动机器人的位置量测输出反馈轨迹跟踪控制

针对机器人的姿态角难以精确测量的困难,本文研究基于位置测量的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题.首先提出一种利用机器人的位置信息估计其姿态角的降维状态观测器,当机器人的线速度严格大于零时,可保证姿态角观测误差的指数收敛.然后给出一种新的状态反馈轨迹跟踪控制律,当参考轨迹满足一定的激励条件时,可以保证机器人的线速度严格大于零且跟踪误差全局渐近收敛.进一步结合姿态角观测器和状态反馈控制律,得到一种输出反馈轨迹跟踪控制算法.理论分析表明,当参考轨迹满足一定的激励条件时,所提出的输出反馈控制算法可以保证跟踪误差的全局渐近收敛.最后对所提出的姿态角观测器、状态反馈和输出反馈轨迹跟踪控制算法进行了仿真验证,证实了算法的有效性,并且当存在位置测量误差时,所提出的输出反馈轨迹跟踪控制算法仍可以保证机器人对参考轨迹的实际跟踪.     

基于奇异摄动理论的输入有界机器人轨迹跟踪控制

针对机器人轨迹跟踪中驱动扭矩有界的问题.提出一种基于奇异摄动系统稳定性理论的推广算法.通过在控制律中引入含有误差增益的饱和函数,保证扭矩输入绝对值的上界在给定限制范围内.并可通过适当调节误差增益系数改善系统的轨迹跟踪性能.同时,算法中采用仅包含位置跟踪误差信息的线性滤波函数产生用来替代真实速度误差的伪速度误差信号.使得整个系统的闭环控制不需测量转速.根据提出的推广算法,设计了一种全新的输入有界控制律,验证了算法的有效性.仿真试验对比结果表明,该算法能够严格保证扭矩控制输入的有界性,并在相同参数条件下相比于其他算法,具有更优的轨迹跟踪效果.     

Command filtered path tracking control of saturated ASVs based on time‐varying disturbance observer

This paper investigates the path‐tracking control problem for an autonomous surface vessel (ASV) with unknown time‐varying disturbances and input saturation. A robust nonlinear control law is proposed based on a disturbance observer and an auxiliary system in the context of command filtered control. The disturbance observer is constructed to estimate the unknown time‐varying disturbances, the auxiliary dynamic system is employed to handle input saturation, and the compensator based command filtered control technique makes the designed path‐tracking control law simple and easy to implement in practice. It is proved that the nonlinear control law can track the desired vessel's position and heading, while guaranteeing the uniform ultimate boundedness of all signals in the path‐tracking control system. Simulation results further demonstrate the effectiveness of the method.     

控制量前具有不确定系数的电液伺服系统自适应控制

针对控制输入前具有不确定系数的电液伺服位置系统精确跟踪控制问题, 提出了一种改进的自适应Backstepping控制器设计方法. 该方法通过对系统模型的等价变换和选择合适的Lyapunov函数, 有效解决了系统模型中控制输入前存在不确定系数而导致所设计的控制器存在参数自适应律, 而自适应律中存在控制量造成的嵌套难题. 以驱动连铸结晶器的电液伺服位置系统为例, 进行了控制器的设计和稳定性证明. 仿真研究结果表明, 所提出的改进设计方法是可行的, 设计的控制器具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

基于一种新型趋近律的自适应滑模控制

首先, 利用特殊幂次函数和反双曲正弦函数构造一种新型滑模变结构控制趋近律; 然后, 采用该趋近律设计一种自适应滑模控制律, 并证明滑模控制系统误差渐近收敛. 仿真实验表明: 在存在时变转动惯量和摩擦力矩扰动的情况下, 该自适应滑模控制系统具有较高的位置和速度跟踪精度, 并有效减弱了控制输入信号的高频震颤现象; 同时, 采用反双曲正弦函数的自适应律能较好地平滑系统转动惯量估计值, 减小控制输入信号的幅值.

     

Composite nonlinear feedback control for strict-feedback nonlinear systems with input saturation

This paper focuses on composite nonlinear feedback (CNF) controller design for tracking control problem of strict-feedback nonlinear systems with input saturation to address the improvement of transient performance. First, without considering the input saturation, a stabilisation control law is designed by using standard backstepping technique for the nonlinear system, then a feedforward control law is added to the backstepping-based stabilisation control law to construct a tracking control law. The tracking control law is tuned to drive the output of the closed-loop system to track a command input with quick response. Then, an additional nonlinear feedback law is constructed and combined with the tracking control law to obtain a CNF control law. The role of this additional nonlinear feedback law is to smoothly change the damping ratio of the closed-loop system while the system output approaches the command input, and to reduce overshoot caused by the tracking control law. It is shown that the extra-adding nonlinear feedback part does not cause the loss of stability of the closed-loop system in its attractive basin.     

航天器全状态约束输出反馈控制

针对无角速度测量的刚性航天器姿态跟踪问题,提出一种全状态约束输出反馈控制方法.建立修正罗德里格参数描述的系统模型,提出能够适用于约束与非约束情况的改进型障碍李雅普诺夫函数(MBLF),拓展传统对数型障碍李雅普诺夫函数的适用范围.构造二阶辅助系统,将控制输入和饱和输入之间的差作为构造系统的输入,进而产生信号以补偿饱和的影响.设计状态观测器估计未知状态量,并结合反步法设计输出反馈控制律,保证系统全状态约束性能和姿态跟踪精度.通过李雅普诺夫稳定性分析证明姿态观测误差和跟踪误差能够达到一致最终有界.仿真结果验证所提方法的有效性.     

基于Lyapunov方法和快速终端滑模的轨迹跟踪控制

针对移动机器人的运动学模型,提出一种具有全局渐近稳定性的跟踪控制器。该跟踪控制器的设计分为两部分：第一部分是采用全局快速终端滑动模态的思想设计了角速度的控制律,用来渐近镇定移动机器人跟踪的前向角误差;第二部分是采用Lyapunov方法设计了线速度的控制律,用来渐近镇定移动机器人跟踪的平面坐标误差。采用Lyapunov稳定性定理,证明了移动机器人在满足这些控制律条件下,实现了对参考轨迹的全局渐近跟踪。实验结果表明移动机器人能够有效地跟踪期望轨迹,有利于在实际应用中推广。