一类非线性系统的动态反馈有限时间饱和镇定

本文针对一类作线性系统在输入饱和下的有限时间动态反馈镇定问题进行了讨论,提出了一种切换控制策略.通过有限次切换将复杂非线性系统分成不同的简单子系统,使得在每一步切换控制中,状态收敛到所给位置或平衡位置的时间是有限的,且每步的控制器均满足饱和条件.最后给出了一个例子并设计了其有限时间饱和镇定控制器,仿真实验验证了所设计控制器的有效性.     

针对执行器非光滑反向间隙-饱和的柔性立管边界控制

研究了针对执行器非光滑反向间隙-饱和约束特性的深海柔性立管系统振动控制和全局稳定问题.为了实现控制效果和品质,引入辅助系统和函数设计边界控制策略,以抑制立管系统振动并消除混合的反向间隙-饱和输入非线性影响.采用严格的分析且无需求助于模型降阶,所研发的控制器确保闭环系统在Lyapunov意义下的一致有界稳定性.通过选取恰当的设计参数,仿真结果验证了所设计控制器的控制性能.能.     

具有规定性能的多智能体动态事件触发编队控制

针对多智能体系统编队控制过程中面临的性能约束、输入饱和、通信资源受限等问题,研究一类具有规定性能的高阶非仿射多智能体系统编队控制问题,提出一种有限时间动态事件触发编队控制策略。首先利用反步法设计控制律,并引入微分跟踪技术解决“计算爆炸”问题,有效避免对复杂虚拟控制律的求导过程;其次采用模糊逻辑系统估计系统内部的不确定性,通过设计性能函数和饱和补偿系统使得多智能体满足规定瞬态性能并防止输入饱和所带来的影响;随后为了解决通信资源受限的问题,构造一个具有动态阈值的自适应事件触发协议,有效减少控制器与执行器之间的通信量;最后利用李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性,保证编队误差将渐近收敛至0且系统中所有信号均有界。采用含有1个领导者和5个跟随者的多智能体模型进行仿真验证,结果表明,在该有限时间动态事件触发编队控制策略下,多智能体系统最终形成以领导者为圆心、跟随者都在圆上的编队队形,且编队误差在规定的范围内演化。     

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.     

考虑输入约束的半主动悬架非线性自适应控制

针对具有输入约束及参数不确定性问题的汽车半主动悬架系统,提出一种考虑输入饱和的非线性自适应Backstepping控制器.该方法引入一个辅助系统,通过设计新的误差变量,实现对控制饱和的补偿,解决控制输入的幅值约束问题.同时,考虑到悬架系统的参数不确定性问题,采用映射自适应算法设计自适应律,通过构造适当的Lyapunov函数,保证悬架系统的稳定性.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的隔振性能,而且能够有效降低输入约束和不确定参数对系统性能的影响.     

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.     

线性自抗扰控制的抗饱和补偿措施

控制输入约束是实际工业过程中普遍存在的现象,然而控制器设计中通常都假设执行机构动态是线性的,因此当执行机构存在约束时,执行机构输出信号与控制器输出信号不一致,使系统的动态性能降低,甚至导致系统不稳定.本文针对线性自抗扰控制(linearactive disturbance rejection control,LADRC)执行机构的约束问题,提出两种抗饱和补偿方案,利用LADRC扩张状态观测器估计控制器状态或者控制器输出与执行器输出的误差,从而使LADRC能快速消除饱和.将这两种方法用到含执行机构饱和的一阶惯性加迟延被控对象进行仿真研究,结果表明两种补偿措施下线性自抗扰控制器能得到较好的控制性能.随后本文将LADRC抗饱和思想推广到负荷频率控制系统(load frequency control,LFC)中,仿真表明基于误差补偿的抗饱和方案对于LFC系统更为有效.     

新能源汽车电静液制动系统抗饱和反演控制

对电静液制动系统存在的未知非线性及参数时变特点,提出一种控制输入受限条件下的反演控制策略。建立电静液作动器的状态空间模型并表达为严格反馈形式,将建模误差及未建模动态视为未知干扰,结合反演步骤设计参数自适应律,实时估计未知扰动。设计抗饱和补偿器,将控制器输出与被控对象输入信号之差作为抗饱和补偿器的输入,构成反馈回路消除饱和现象。应用Lyapunov方法证明闭环系统的渐近稳定性,闭环系统信号一致有界,压力跟踪误差可通过改变补偿器的参数进行调节。仿真及试验结果表明,所提控制方法具有较强的自适应能力,与传统反演方法相比,鲁棒性和控制性能得到显著提高。     

采用条件技术设计AIMC结构的抗饱和控制器

AIMC(Anti-windup IMC)结构是内模控制与扰动观测器相结合的抗饱和控制结构,为了有效地解决AIMC结构中的抗饱和控制器的设计问题,提出了采用条件技术设计AIMC结构中的抗饱和控制器的方法。分析了AIMC结构是一种二自由度的新型IMC结构,能够同时解决扰动及饱和问题。通过引入条件技术的可行性参考输入的概念,给出了抗饱和控制器的设计方法。给出了运用该方法的一个仿真实例,仿真结果表明所设计的系统具有良好的抗饱和性能及抗扰动性能。采用条件技术设计AIMC结构中的抗饱和控制器,计算简便,在没有引入新的不确定参数的条件下改善了系统的整体性能。该方法是一种很有实际价值的抗饱和控制器的设计方法。     

输入饱和下的非线性积分系统的全局有限时间镇定

针对一类非线性积分系统, 利用有限时间控制技术, 提出了一种输入饱和情况下的全局有限时间控制方案. 首先, 基于有限时间 Lyapunov 稳定性理论, 设计镇定系统的全局有限时间递归控制器. 然后,将该递归控制器与饱和函数结合得到饱和控制器. 数学上严格证明了在该饱和控制器的作用下, 闭环系统满足全局有限时间稳定性. 仿真结果验证了该方法的有效性.     

采用2-自由度调节器结构的制动方向稳定性控制算法

结合直接横摆力矩控制和主动前轮转向控制,设计了一种提高制动方向稳定性的复合控制系统.控制器采用2-自由度调节器结构,将前轮转向角视为输入,将作用于车身的外部侧向干扰力视为扰动,通过2-自由度调节器将转向跟随控制和抗扰控制分离,并对制动控制参数进行了优化.文章对有转向输入和路面突变情况下的控制器控制性能进行了仿真研究,并与无方向稳定控制的仿真结果进行了对比.仿真试验证实这种控制方法在提高车辆制动稳定性方面有良好的效果.     

Combining switching, over-saturation and scaling to optimise control performance in the presence of model uncertainty and input saturation

Saturating actuators are present in all real control systems. Their effect on system performance clearly depends on the range of control action required relative to the saturation bounds. Much of the prior work on this topic has centred on how to switch linear controllers so as to avoid saturation occurring. This, however, has meant that the full input authority has not been exploited in the control law. Recently, two alternative methods have been proposed for switching linear controllers so as to force the input into saturation. They achieve this goal by scaling the controls or by allowing over-saturation in the switching scheme. In this paper the two methods are combined into a more general scheme. It is also shown that the combined scheme is capable of achieving superior performance. A robust version of the algorithm is also described which is applicable to a class of uncertain systems.     

四轮轮毂电动汽车航向跟踪自抗扰控制

设计了一种用于四轮轮毂电动汽车航向跟踪的高性能控制策略,采用双层控制结构,包括直接横摆力矩制定层和转矩分配层.在直接横摆力矩制定层,分析了汽车航向的动态模型,并通过数学变换,创新性地设计了两个串联起来的自抗扰控制器,计算出了跟踪设定航向角所需的附加横摆力矩;在转矩分配层,设计了转矩分配算法.通过Matlab/Simulink仿真验证了所设计控制策略的有效性.     

考虑扰动及模型不确定的无人船路径跟踪控制

针对外界扰动与模型不确定因素影响下的无人船路径跟踪控制问题,引入Serret-Frenet坐标系对无人船的路径跟踪问题进行数学描述,根据给定的期望跟踪路线与当前无人船的位置信息,利用李雅普诺夫直接法设计无人船航行速度与航向角度的期望值作为路径跟踪的虚拟控制律,通过设计滑模控制器实现对虚拟控制量的误差跟踪控制,通过设计切换函数避免无人船的控制量出现饱和或抖振现象,进而降低模型不确定及干扰对路径跟踪控制的影响。仿真实验表明,设计的控制器可在外界时变扰动与模型不确定的前提下完成对给定路线的理想跟踪。     

Switching control of linear systems subject to asymmetric actuator saturation

In this paper, we study the saturation control problem for linear time-invariant (LTI) systems subject to asymmetric actuator saturation under a switching control framework. The LTI plant with asymmetric saturation is first transformed to an equivalent switched linear model with each subsystem subject to symmetric actuator saturation, based on which a dwell-time switching controller augmented with a controller state reset is then developed by using multiple Lyapunov functions. The controller synthesis conditions are formulated as linear matrix inequalities (LMIs), which can be solved efficiently. Simulation results are also included to illustrate the effectiveness and advantages of the proposed approach.     

Yaw Moment Control Strategy for Four Wheel Side Driven EV

When four wheel side driven EV travals in steering or changes lanes in high speed, the vehicle is easy to side-slip or flick due to the difference of wheel hub motor and a direct effect of vehicle nonlinear factors on vehicle yaw motion, which would affect vehicle handling and stability seriously. To solve this problem, a joint control strategy, combined with the linear programming algorithm and improved sliding mode algorithm, which combines the exponential reaching law and saturation function was proposed. Firstly, the vehicle dynamics model and the reference model according with the structure and driving characteristics of four wheel side driven EV were set up. Then, introduced the basic method of the improved sliding mode variable structure control and complete the sliding mode variable structure controller design basic on vehicle sideslip angle and yaw velocity.The controller accomplish optimal allocation of vehicle braking force through a linear programming algorithm, according to yaw moment produced by the vehicle motion state. Single lane driving simulation results show that the proposed control strategy can not only control vehicle sideslip angle and yaw velocity well, but also accomplish good controlling of the vehicle yaw moment, so as to significantly improve the handling and stability of vehicle.     

多模型分层切换车速控制

针对汽车纵向动力学建模存在较大不确定性的问题,设计了一种多模型分层切换车速控制系统。在不同汽车参数和工况下,辨识得到节气门开度到车速的传递函数,并建立不确定模型集合对其进行描述基础上,应用鲁棒控制理论对监督器和鲁棒控制器集合进行设计,实现了多模型分层切换车速控制。实验结果表明,与自适应控制器相比,设计的控制器对参数变化具有更快的调节能力,实现了更加快速准确的控制。     

基于车辆检测技术的智能交通控制器设计

针对复杂多变的交叉路口交通流信号灯控制问题设计了一种基于感应式车辆检测技术的多相位智能交通控制器．该控制器支持6种控制算法，可实现8种工作模式，能满足大部分复杂类型交叉路口的控制需求．同时，控制器具有绿冲突和故障检测功能，以及在故障情况下的降级处理机制，从而在最大程度上保证交通的安全和畅通．提出了一种基于车辆等待长度的单路口多相位交通信号灯自适应控制策略，该算法在保证交通畅通的情况下，使车辆延误时间尽可能的短．该控制器目前已在杭州等地进行了实际应用，结果令人满意．     

Vehicle adaptive cruise control design with optimal switching between throttle and brake

For vehicle adaptive cruise control(ACC) systems,the switching performance between throttle and brake determines the driving comfort,fuel consumption and service lives of vehicle mechanical components.In this paper,an ACC algorithm with the optimal switching control between throttle and brake is designed in model predictive control (MPC) framework.By introducing the binary integer variables,the dynamics of throttle and brake are integrated in one model expression for the controller design.Then the ACC algorithm is designed to satisfy not only safe car following,but also the optimal switching between throttle and brake,which leads to an online mixed integer quadratic programming solved by the nested two-loop method.The simulation results show that the proposed ACC algorithm meets the requirements of safe car following,outperforms the traditional algorithms by performing smoother responses,reducing the switching times between throttle and brake,and therefore improves driving comfort and fuel efficiency significantly.     

不确定Delta算子系统的滑模软切换控制

针对一类带有内部参数摄动和外部扰动的快速采样控制系统,基于sigmoid函数提出了一种Delta算子S-变速趋近律方法,并设计了不确定Delta算子系统的滑模软切换控制器。基于Delta算子采样原理,将连续时间系统和离散时间系统的软切换控制器设计统一到Delta算子系统。基于Delta算子S-变速趋近律方法设计的闭环快速采样滑模软切换控制器能够在限制时刻内到达切换面,削弱了系统颤振。从仿真实例可以看出,该滑模软切换控制器的稳定性和平稳性优于传统指数趋近律情形,整个动态过程具有良好的完全鲁棒性。