基于模糊Lyapunov函数的离散模糊时滞系统H∞控制

研究一类离散Takagi-Sugeno（T-S）模糊时滞系统的稳定性分析和H∞控制器设计问题.通过构造适当的模糊Lyapunov函数,给出一种新型的基于线性矩阵不等式（LMI）的时滞相关稳定性充分条件,该条件比以往结果具有更小的保守性;在此基础上,提出了H∞模糊状态反馈控制器的设计方法.仿真结果表明了所提方法的有效性.     

网络系统中动态矩阵控制的稳定性条件

网络控制系统中的时滞和丢包会影响控制器的稳定性;因此,传统的动态矩阵控制器设计方法无法适应网络化环境.本文针对这一问题设计了一种改进型动态矩阵控制器.通过建立缓存器将不确定时滞转化为固定时滞;并提出了一种更新系统单位阶跃响应系数的方法,用来处理时滞对控制器的影响.采用一次性传输整个控制序列的方法,避免了丢包时需要更新控制量的问题.此外,进一步分析了该控制系统的稳定性问题,给出了考虑时滞和丢包信息的系统稳定性充分条件.最后通过实时仿真软件示范了如何确定允许的最大时滞和丢包.验证了该方法的有效性.     

具有分布时滞线性系统的滑模控制与仿真

研究时滞控制系统稳定性优化问题,针对一类含有分布时滞和离散时滞的线性系统,对于解决延时问题,提高控制系统的稳定性能,有重要的理论意义和实际应用价值.根据分布时滞的特殊形式特点,构造了Lyapunov泛函,利用稳定性理论、矩阵不等式分析技巧及积分不等式技术,采用线性矩阵不等式形式的结论.选取了滑模面,构造了滑模控制器,使得系统满足滑模到达条件.可通过构造适当的Lyapunov泛函,利用虚拟反馈控制,采用状态反馈的极点配置方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件.方法设计了时滞独立的滑模面,并简化了滑模控制器的设计.进行仿真,结果说明了滑模控制能确保时滞系统的稳定性,并验证了方法的有效性.     

基于Razumikhin方法的时变时滞非线性系统的输出反馈镇定

针对一类时变时滞非线性系统,采用Razumikhin方法研究其输出反馈控制问题.利用时滞系统的Razumikhin定理和反推设计方法,通过设计有效的观测器和选取适当的Lyapunov函数,构造系统的输出反馈控制器.所设计的控制器能够保证闭环系统的平衡点是全局渐近稳定的,所给出的方法无需考虑时滞导数的限制,改进了以前所得结果.仿真示例验证了所设计输出反馈控制器的有效性.     

含时滞记忆的非线性时滞系统满意容错控制

针对一类基于T-S模糊模型描述的非线性时滞系统,研究在一般执行器故障模式下的含时滞记忆的鲁棒H∞容错控制器设计问题.针对任意连续型执行器故障模式,采用并行分布式补偿原理设计含记忆型状态反馈控制器,给出非线性时滞系统在执行器发生故障情况下的鲁棒镇定准则.然后给出H∞性能指标约束下的满意容错控制器的设计方法和设计步骤.提出的含时滞记忆的状态反馈控制方法可以确保当执行器发生故障时,闭环系统不仅具有渐近稳定性,而且有一定的抗扰动性能,状态反馈控制器设计的保守性较不含时滞记忆控制器设计方法大大降低.仿真实例验证了鲁棒容错控制策略的有效性.     

时滞切换系统的时滞依赖稳定

首先利用多Lyapunov 函数方法, 分析常时滞切换系统的时滞依赖稳定性, 并给出此系统时滞依赖稳定的充分条件及切换律的设计; 然后运用共同Lyapunov 函数方法, 研究一类时变时滞切换系统的时滞依赖稳定性, 也给出此系统时滞依赖稳定的充分条件及切换律的设计. 所得结果均可用线性矩阵不等式方法求解. 最后通过仿真验证了结论的正确有效性.     

不确定时滞关联大系统的全局稳定模糊容错控制

研究了一类带有时变时滞的不确定非线性关联大系统的自适应模糊容错控制问题.用有界的参考信号代换模糊逼近器输入中的未知时滞信号,使得控制器的设计与应用不再依赖于时滞假设条件,使得控制器的设计和控制方法的应用更为方便.容错反推控制技术和自适应技术相结合来处理代换误差和逼近误差.所提出的方案能有效补偿所有4种类型的执行器故障,同时还可保证闭环系统的全局稳定性.仿真结果进一步验证了本文方法的有效性.     

时滞系统稳定性分析和镇定: 一种基于Finsler引理的统一观点

从Finsler引理角度,研究时滞系统的时滞相关稳定性分析和镇定问题,发现自由权矩阵方法是该研究框架的一个特例,阐明引入乘子矩阵对分析时变时滞系统稳定性的必要性,讨论乘子矩阵结构对所得结果保守性的影响,提出一些改进的基于线性矩阵不等式的稳定性判据和镇定控制器设计算法,数值算例表明所提出方法的有效性.     

不确定奇异时滞系统的时滞相关型鲁棒H∞弹性控制

研究了含范数有界参数不确定性的奇异时滞系统的时滞相关型鲁棒H_∞弹性控制问题.文中所考虑的控制器增益摄动包括加性摄动和乘性摄动两种形式.在标称奇异时滞系统的时滞相关型稳定性判据的基础上,引入了一个新的时滞相关型有界实引理(BRL),进而给出了时滞相关型鲁棒H_∞弹性控制器存在的充分性条件,并利用LMIs和锥补线性化算法给出了控制器的表达式.从数值算例可以看出,所给出的设计算法是有效的.     

含正反馈振动主动控制系统的混合自适应控制

对于存在结构正反馈的振动主动控制系统,传统的基于有限冲击响应的自适应前馈控制器设计方法难以同时保证控制系统稳定与良好的控制性能.本文在分析正反馈对前馈控制系统影响的基础上,基于无限冲击响应控制器设计模式,提出一种结合前馈自适应控制器和反馈自适应控制器的混合自适应振动主动控制方法.其中前馈自适应控制器采用参考传感器采集到的扰动相关信号作为参考信号,反馈自适应控制器通过构建扰动的估计量作为参考信号,控制器参数更新采用Landau参数递推算法.以一典型的具有固有正反馈性质的机械振动系统为控制对象,给出了该混合自适应控制算法的详细推导过程以及稳定性和收敛性分析过程,得到了算法稳定与收敛的严格正实条件以及相应放松严格正实条件的要求.在此基础上,通过构建实时振动主动控制实验平台,针对多种振动扰动开展对比实验分析.相关实验结果验证了本文提出的混合自适应振动主动控制方法的可行性和有效性.     

The preview control of a class of linear systems and its application in the fault-tolerant control theory

In the fault-tolerant control theory based on model following control, the desired signal of the control system is the output of a reference system. This paper is concerned with the design of the preview controller for a class of fault systems. A composite vector is introduced by including error vector, fault system state vector and reference system state vector. Then, we derived an augmented system from the known system equation, in which the reference input has equal status with the desired signal in the traditional preview control theory. Therefore, we can use the known theory to design the preview controller for the augmented system, then the preview controller of the original fault system can be obtained by the integration method. This paper strictly discusses the connection between stabilisation and detectability of the augmented system and the corresponding characteristics of the original system. Finally, by applying this theory to a real steam generator water level control system, it is found that the actions of the reference input preview and the fault signal preview can effectively eliminate the effect of the fault signal on the water level of the steam generator. The simulation shows the effectiveness of the controller designed.     

无人机全电式自主刹车系统滑模极值搜索控制

常规主动刹车系统采用在线辨识跑道特征的算法,但仍需依赖摩擦模型先验知识,难以应对复杂跑道工况.为克服上述问题,提出一种滑模极值搜索控制策略并应用于无人机全电式自主刹车系统.考虑电动作动机构非线性特性,建立系统的状态空间模型并合理简化为严格反馈形式,采用超扭曲算法估计结合系数的梯度,结合反馈线性化控制律得到刹车压力参考值,证明此控制作用下可实现对未知最优滑移率的渐近跟踪.采用反演控制的思想设计无抖振滑模控制器实现对参考刹车压力的跟踪.利用Lyapunov方法获得系统的渐近稳定性条件并分析控制参数对系统的影响.半实物仿真试验结果表明控制策略的有效性.     

燃气轮机同步发电机励磁系统的最优与非线性控制

本文针对燃气轮机组本身技术高速发展与其主要系统控制方式相对滞后这一矛盾，将最优控制理论和非线性控制理论引入到燃气轮同步发电机的励磁控制系统中，特别考虑了作为原动机的燃气轮机的特性，提出了两种励磁控制策略：最优励磁控制和非线性励磁控制。通过分析与对比，并针对某一具体系统给出了非线性励磁控制器的详细设计，证明并特别指出该控制策略是可行和最佳的。     

带有大型挠性网状天线航天器的鲁棒H∞控制方法

针对带有大型挠性网状天线航天器存在的挠性结构不确定性问题,提出了基于比例微分(PD)结构滤波器的鲁棒H∞双层反馈控制方法,第1层采用经典的PD+结构滤波器,确保刚体部分双积分环节稳定,第2层在提取第1层标称模型后,给出通用加权函数,通过构造增广模型得到鲁棒H∞控制器.该控制器结构简单,适合工程应用.通过仿真表明,本方法相对于传统PID+结构滤波器方法能够快速稳定三轴姿态;当结构参数变化较大且三轴姿态偏置为动态时变时,有可能导致传统方法失稳,而本方法具有较强的鲁棒适应性,仍能完成航天器天线的指向任务.     

Locomotion Control of a Hydraulically Actuated Hexapod Robot by Robust Adaptive Fuzzy Control with Self-Tuned Adaptation Gain and Dead Zone Fuzzy Pre-compensation

Hydraulically actuated robotic mechanisms are becoming popular for field robotic applications for their compact design and large output power. However, they exhibit nonlinearity, parameter variation and flattery delay in the response. This flattery delay, which often causes poor trajectory tracking performance of the robot, is possibly caused by the dead zone of the proportional electromagnetic control valves and the delay associated with oil flow. In this investigation, we have proposed a trajectory tracking control system for hydraulically actuated robotic mechanism that diminishes the flattery delay in the output response. The proposed controller consists of a robust adaptive fuzzy controller with self-tuned adaptation gain in the feedback loop to cope with the parameter variation and disturbances and a one-step-ahead fuzzy controller in the feed-forward loop for hydraulic dead zone pre-compensation. The adaptation law of the feedback controller has been designed by Lyapunov synthesis method and its adaptation rate is varied by fuzzy self-tuning. The variable adaptation rate helps to improve the tracking performance without sacrificing the stability. The proposed control technique has been applied for locomotion control of a hydraulically actuated hexapod robot under independent joint control framework. For tracking performance of the proposed controller has also been compared with classical PID controller, LQG state feedback controller and static fuzzy controller. The experimental results exhibit a very accurate foot trajectory tracking with very small tracking error with the proposed controller.     

网络时延的模糊逻辑补偿方法的研究

当网络应用到控制系统中时,网络将引起时延,从而对闭环网络控制系统产生一些不利的影响,比如系统性能下降,系统不稳定等。本文介绍了通过在已有的PI控制器的基础上,再增加一个模糊逻辑补偿器来补偿网络控制系统中网络所引起的时延,其优点是不需要再重新设计已有的PI控制器,而只是简单地将模糊逻辑控制器的输出作为一个参数来调节PI控制器所提供的控制信号。文中采用了MATLAB/SIMULINK仿真,仿真结果表明了该方法的有效性。     

A new approach to adaptive control: no nonlinearities

In adaptive control the goal is to design a controller to control an uncertain system whose parameters may be changing with time. Typically the controller consists of an identifier (or tuner) which is used to adjust the parameters of a linear time-invariant (LTI) compensator, and under suitable assumptions on the plant model uncertainty it is proven that good asymptotic behaviour is achieved, such as model matching (for minimum phase systems) or stability. However, a typical adaptive controller does not track time-varying parameters very well, and it is often highly nonlinear, which can result in undesirable behaviour, such as large transients or a large control signal. Furthermore, most adaptive controllers provide only asymptotic tracking, with no ability to design for a pre-specified settling time.Here we propose an alternative approach, which yields a linear periodic controller. Rather than estimating the plant or compensator parameters, instead we estimate what the control signal would be if the plant parameters were known. In this paper we argue the utility of this approach and then examine the first order case in detail, including a simulation. We also explore the benefits and limitations of the approach.     

运动控制中的鲁棒自适应死区补偿

在高精度PD控制器中,死区可能会产生极限环,而且,死区参数往往未知.本文针对有非对称死区的直流伺服系统,设计了一种鲁棒自适应预补偿控制器,这种控制器不仅对死区的不确定性具有鲁棒性,而且对惯性及粘性摩擦等参数的不确定性,及外部扰动都有较强的鲁棒性.采用Lyapunov理论证明了这种控制器能够保证跟踪误差一致最终有界.并且调整调节控制器的参数可以改变跟踪误差.仿真结果表明了这种方法的有效性.     

网络时延的模糊逻辑补偿方法的研究

当网络应用到控制系统中时，网络将引起时延，从而对闭环网络控制系统产生一些不利的影响，比如系统性能下降，系统不稳定等。本文介绍了通过在已有的PI控制器的基础上，再增加一个模糊逻辑补偿器来补偿网络控制系统中网络所引起的时延，其优点是不需要再重新设计已有的PI控制器，而只是简单地将模糊逻辑控制器的输出作为一个参数来调节PI控制器所提供的控制信号。文中采用了MATLAB／SIMULINK仿真，仿真结果表明了该方法的有效性。