一类非线性系统模糊自适应固定时间量化反馈控制

研究了一类严格反馈不确定非线性系统的模糊自适应实际固定时间量化反馈控制问题. 基于李雅普诺夫有限时间稳定理论、自适应模糊控制理论及反演控制算法, 提出了一种非线性系统模糊自适应实际固定时间量化反馈跟踪控制方案. 所设计的控制方案能够保证闭环系统的输出跟踪误差在固定时间内收敛于原点的一个充分小邻域内, 且闭环系统内所有信号均有界. 最后, 数值示例验证了设计方案的有效性.     

基于固定时间扰动观测器的水面无人艇精确编队控制

在水面无人艇(USV)编队控制中,控制效果易受系统初始状态和内外部扰动的影响.为此,研究一类具有复杂干扰下的USV编队控制问题,结合固定时间扰动观测器提出一种领航-跟随编队控制方法.首先,提出一种基于固定时间滑模的跟踪控制(FTSM-TC)策略,在固定时间内保证领航艇快速跟踪期望轨迹;然后,为处理内外部未知干扰设计固定时间扰动观测器(FTDO),从而保证在固定时间内对编队系统中的未建模动态和外部复杂干扰进行精确辨识.所提出的基于FTDO的编队控制(FTDO-FC)策略,使编队控制系统在固定时间内收敛并保持稳定的期望队形,仿真结果表明,所设计控制方法能够有效解决存在复杂未知扰动情况下的USV编队控制问题,且收敛时间与系统初始状态无关.     

基于有限时间指令滤波的非线性系统固定时间预设性能控制

针对一类严格反馈非线性系统,提出一种基于有限时间指令滤波的自适应固定时间预设性能控制策略.首先,引用非线性映射技术及适当的误差变换,建立等效的误差模型;其次,综合利用反步法、固定时间控制和自适应控制等方法,设计一种基于有限时间指令滤波的预设性能跟踪控制器.该策略应用指令滤波器解决了反步法中对虚拟控制律反复求导问题,减轻了计算负担.此外,预设性能控制和固定时间控制保证了系统的跟踪误差能够在固定时间内收敛到预设性能函数限定的范围内,其收敛时间与系统初始条件无关,且确保系统中全部信号在有限时间均达到有界区域.理论分析与仿真验证均表明了所提出设计方法的有效性.     

高超声速飞行器指定时间自适应控制

为了解决高超声速飞行器纵向运动模型的稳定轨迹跟踪控制问题,设计一种指定时间自适应控制方法.通过引入障碍李雅普诺夫函数,保证速度跟踪误差和高度跟踪误差能够收敛到期望的区域,同时满足系统的瞬态性能和稳态精度.将自适应控制与实际指定时间稳定理论结合,实现闭环系统在指定时间稳定,收敛时间可根据实际需求预先指定.引入的固定时间滤波器对虚拟导数进行求解,可以避免传统反步控制中存在的“计算爆炸”问题,提高收敛速度.对所设计的控制器利用李雅普诺夫理论给出严格理论证明,并能够保证系统其他状态变量在指定时间内趋于稳态值.仿真结果表明,所设计的控制器能够使速度和高度稳定地跟踪参考信号,满足时变的性能约束需求且具有较强的鲁棒性.     

欠驱动无人船非奇异固定时间鲁棒包容控制

针对外界干扰下的欠驱动无人船包容控制问题,提出一种新型非奇异固定时间滑模控制策略.整个控制器设计过程分为运动学回路设计和动力学回路设计.在运动学回路设计中,利用图论知识和固定时间稳定性理论设计非奇异固定时间分布式虚拟控制律,使得所有跟随船在固定时间内收敛于领导船张成的凸包内;在动力学回路设计中,为实现对虚拟控制律的跟踪控制,利用固定时间滑模控制法设计鲁棒包容控制律.最后,证明系统跟踪误差在固定时间收敛于平衡点,且与船舶的初始状态无关.仿真结果验证了所提出控制策略的有效性.     

轮式移动机器人固定时间轨迹跟踪控制

针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种固定时间轨迹跟踪控制方案.首先,对于轮式移动机器人的运动学误差模型,基于一种新颖的积分滑模面设计固定时间运动学速度控制器,使跟踪误差在固定时间收敛到原点所在的邻域内;其次,对于轮式移动机器人的动力学模型,设计固定时间干扰观测器对外部干扰信息进行估计,提出一种固定时间轨迹跟踪控制器,以确保动力学系统的固定时间稳定性,实现轮式移动机器人的高精度轨迹跟踪控制;最后,通过仿真结果验证所设计的轨迹跟踪控制方案的有效性.     

连续搅拌反应釜的固定时间命令滤波跟踪控制

针对一类连续搅拌反应釜系统的跟踪控制问题,提出一种基于反步法和模糊逻辑系统的自适应固定时间命令滤波控制方法.利用命令滤波器引入误差补偿机制消除滤波误差的影响,并解决反步法虚拟控制信号重复求导的问题;采用模糊逻辑系统对系统中存在的非线性部分进行逼近;利用固定时间控制方法使系统跟踪误差更迅速收敛至较小邻域内,且收敛时间不依赖系统初始状态;通过Lyapunov定理证明连续搅拌反应釜系统的闭环稳定性;利用Matlab/Simulink仿真实验验证所提出控制方法的有效性.与现有控制方法相比,该控制方法具有控制器结构简单、收敛速度快、控制精度高、无超调等优点.     

固定翼无人机集群分布式固定时间编队跟踪控制

为实现固定翼无人机集群对理想编队构型的跟踪,研究了执行器存在未建模动态和不确定性的无人机集群系统的固定时间编队跟踪控制问题。首先,建立了无人机集群的三自由度运动学模型。其次,基于一种收敛时间独立于初始条件的固定时间终端滑模,设计了分布式固定时间编队协同跟踪控制器,利用控制器中的鲁棒项补偿外部扰动,通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的固定时间稳定性。最后,对所设计的控制器进行了数值仿真验证,仿真结果表明：所设计的控制器能够使无人机集群在固定时间内组成理想编队构型,同时系统具有鲁棒性。     

一类非线性大系统分散自适应预设性能有限时间跟踪控制

研究一类非线性互联大系统的分散自适应预设性能有限时间跟踪控制问题.结合神经网络自适应技术、实际有限时间控制理论和预设性能控制方法,提出一种新的预设性能控制设计方法,以解决传统预设性能方法难以实现分散控制的问题.所设计的控制器能够保证大系统中各个子系统的跟踪误差被有限时间性能函数约束,在任意给定的停息时间内收敛到平衡点的一个给定的邻域内,且该闭环大系统的所有信号是实际有限时间稳定的.特别地,该停息时间与系统初始状态无关.两个仿真例子验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

基于新型固定时间稳定方法的一类二阶非线性系统镇定控制

本文研究了受未知外部扰动侵袭的一类二阶非线性系统的固定时间镇定控制问题.首先,提出了一种新的固定时间稳定方法,并给出了收敛时间及其上界估计值的计算公式.理论分析表明,收敛时间的上界与系统初始状态无关,可由系统参数完全确定.然后,基于所提出的固定时间稳定方法设计了新型滑模趋近律和终端滑模面,使得系统状态能够在有界的有限时间内,从任意初始状态收敛至滑模面并沿着滑模面收敛至原点,同时引入了基于系统状态的自适应切换方法,有效避免了终端滑模面导致的奇异问题.最后,通过仿真验证了算法的有效性.     

Fixed-time backstepping distributed cooperative control for multiple unmanned aerial vehicles

This paper proposes a fixed-time backstepping distributed cooperative control scheme based on fixed-time extended state observer (FxTESO) for multiple unmanned aerial vehicles (UAVs). A fixed-time ESO, which is convergent independently of initial conditions, is designed to estimate and compensate the external disturbances in tracking process. Moreover, to eliminate the “explosion of complexity” in the traditional backstepping architecture, a nonlinear first-order filter is adopted to construct the distributed fixed-time control scheme. Based on the local information of neighboring UAVs, a fixed-time backstepping cooperative controller is designed. The proposed formation algorithm can be shown practicable for the UAV control system by using of Lyapunov stability theory and graph theory. Simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

Adaptive neural output feedback tracking control for a class of nonlinear systems

In this paper, an adaptive neural output feedback control scheme based on backstepping technique and dynamic surface control (DSC) approach is developed to solve the tracking control problem for a class of nonlinear systems with unmeasurable states. Firstly, a nonlinear state observer is designed to estimate the unmeasurable states. Secondly, in the controller design process, radial basis function neural networks (RBFNNs) are utilised to approximate the unknown nonlinear functions, and then a novel adaptive neural output feedback tracking control scheme is developed via backstepping technique and DSC approach. It is shown that the proposed controller ensures that all signals of the closed-loop system remain bounded and the tracking error converges to a small neighbourhood around the origin. Finally, two numerical examples and one realistic example are given to illustrate the effectiveness of the proposed design approach.     

推进器饱和/故障下的无人艇固定时间指定性能容错控制

针对系统动态未知的无人艇(USV)在推进器故障与饱和约束下轨迹跟踪问题,本文提出一种基于固定时间扩张状态观测器的积分滑模容错控制方法.首先,构造固定时间扩张状态观测器,实现未知速度信息、集总未知非线性的准确估计.进而,通过引入一种新型设定时间性能函数,约束位姿跟踪误差,并利用误差转换函数将其转化为无约束误差动态系统.在此基础上,结合固定时间积分滑动模态与饱和补偿动态系统,设计固定时间控制策略,保证系统实际固定时间稳定且位姿跟踪误差严格位于指定范围内.最后,仿真验证所提出控制方法的有效性与优越性.     

Multiple Lyapunov functions‐based adaptive neural network tracking control of uncertain switched nonlinear systems

In this paper, the problem of adaptive neural network (NN) tracking control of a class of switched strict‐feedback uncertain nonlinear systems is investigated by state‐feedback, in which the solvability of the problem of adaptive NN tracking control for individual subsystems is unnecessary. A multiple Lyapunov functions (MLFs)–based adaptive NN tracking control scheme is established by exploiting backstepping and the generalized MLFs approach. Moreover, based on the proposed scheme, adaptive NN controllers of all subsystems and a state‐dependent switching law simultaneously are constructed, which guarantee that all signals of the resulting closed‐loop system are semiglobally uniformly ultimately bounded, and the tracking error converges to a small neighborhood of the origin. The scheme provided permits removal of a technical condition in which the adaptive NN tracking control problem for individual subsystems is solvable. Finally, the effectiveness of the design scheme proposed is shown by using two examples.     

Nonlinear feedback design for fixed-time tracking of a class of nonlinear systems

Fixed-time control is more preferable than finite-time control in practical applications since the settling time is independent of the system initial condition in a fixed-time control problem. Moreover, systems in real world usually suffer from unfavourable factors, such as unknown control coefficients and external disturbance. In this paper, we consider the fixed-time tracking control for a class of nonlinear systems by considering the aforementioned two points. A strategy for specifying the control input is established by the method of adding a power integrator. The designed control law guarantees that the reference signal can be followed in a fixed time. As an application, the bank-to-turn missile system is used to show the efficiency of the proposed fixed-time tracking scheme.     

Adaptive output control of a class of uncertain chaotic systems

In this paper, a new observer-based backstepping output control scheme is proposed for stabilizing and controlling a class of uncertain chaotic systems. The controller is designed through the use of a robust observer and backstepping technique. We firstly show that many chaotic systems as paradigms in the research of chaos can be transformed into a class of nonlinear systems in the feedback form. Secondly, the synchronization problem is converted to the tracking problem from control theory, thereby leading to the use of state observer design techniques. A new observer is utilized to estimate the unmeasured states. Unlike some existing methods for chaos control, no priori knowledge on the system parameters is required and only the output signal is available for control purpose. The Lyapunov functions are quadratic in the state estimates, the observer errors and the parameter estimation error based on the backstepping technique. It is shown that not only global stability is guaranteed by the proposed controller, but also both transient and asymptotic tracking performances are quantified as explicit functions of the design parameters so that designers can tune the design parameters in an explicit way to obtain the desired closed-loop behavior.     

并联DC-DC变换器系统的固定时间分布式协同控制

针对负载为超级电容的并联DC-DC变换器系统,为了在固定时间内实现电流输出均衡目标,提出固定时间分布式协同控制方法.将耦合子系统之间的通信拓扑,利用无向图进行刻画.借助输入输出反馈线性化技术,将并联DC-DC变换器系统的电流均衡控制设计难题转化为固定时间内一阶多智能体系统的一致性跟踪问题.借助符号函数、拉普拉斯矩阵、牵制增益矩阵,基于最近邻原则,设计参数可调的固定时间电流均衡分布式协同控制律.利用李亚谱诺夫函数严格证明整个闭环系统的稳定性,并推导出收敛时间的上界.所提出的固定时间电流均衡分布式协同控制方法,可以克服有限时间协同控制方法对初始状态依赖性强的缺点,同时改善了系统的收敛性.借助仿真,验证了所提出方法的有效性和可行性.