基于坐标补偿的自动泊车系统无模型自适应控制

针对自动泊车系统,提出了无模型自适应控制(Model-free adaptive control, MFAC)方案.控制方案的设计仅利用泊车系统的前轮转角输入数据和车身角输出数据,不包含车辆模型信息.因此,针对不同车型的自动泊车系统,该方案均能实现无模型自适应控制.为了改善期望轨迹的坐标跟踪误差,进一步提出基于坐标补偿的无模型自适应控制方案,该方案由控制算法、参数估计算法、参数重置算法和坐标补偿算法构成.针对不同车型不同泊车速度的仿真结果表明,基于坐标补偿的MFAC方案和原型MFAC方案均能较好地完成自动泊车过程,且基于坐标补偿的MFAC方案相比原型MFAC方案和PID控制方案,在轨迹坐标和车身角等方面均具有更小的跟踪误差和更快的响应速度.     

轮式移动机器人的数据驱动轨迹跟踪滑模约束控制

针对有输入饱和约束的轮式移动机器人(WMR)的轨迹跟踪问题,提出一种抗饱和无模型自适应积分终端滑模控制方案.该方案基于紧格式动态线性化技术,构建WMR系统的在线数据驱动模型.在积分终端滑模控制器设计过程中,引入动态抗饱和补偿器,以解决WMR系统轨迹跟踪过程中执行器饱和问题.控制器设计仅利用控制系统的输入输出数据,与WMR系统模型信息无关.因此,针对不同类型的WMR系统,该方案均可实现.最后,通过仿真实验将所提出的方法与PID方法的控制效果进行对比,仿真结果表明,所提出的控制算法的跟踪误差更小且响应速度更快.     

车辆弯道保持系统的无模型自适应控制方法研究

车辆弯道保持控制在实现车辆的智能控制中具有重要的作用,其运动过程受车载、路况、车体运动状态、环境变化等诸多因素影响,这使得基于模型的控制方法很难达到期望控制效果,无法获得良好的控制性能。针对车辆弯道保持控制和传统模型控制的特点,采用无模型自适应控制方法(Model-Free Adaptive Control,简称MFAC)对车辆的弯道保持控制进行研究,通过分析车辆运动状态,构建车辆动态目标位置模型,基于MFAC实现车辆弯道保持控制器的设计。仿真结果验证,较需人工整定的PID方法,采用MFAC控制方法对车辆弯道保持系统进行轨迹跟踪控制,能够获得更好的控制性能,泛化能力更强,参数调节难度更低。     

基于无模型自适应控制的自动泊车方案

提出一种基于无模型自适应控制的自动泊车方案.首先,通过车载传感器采集车周环境信息用于规划期望路径;然后,将自动泊车跟踪问题转化为预瞄偏差角跟踪问题,通过设计相应的无模型自适应控制算法实现自动泊车.该方案设计的优点是仅使用自动泊车过程中生成的前轮转角输入数据和预瞄偏差角输出数据,没有使用任何被控车辆的信息,因此可适用于不同车型. Matlab仿真以及与PID控制方案和Fuzzy控制方案的对比仿真结果验证了所提出方案的可行性.     

具有外部扰动的PMSM系统的无模型自适应预测控制

针对于一类具有强耦合、负载不确定性和外界干扰的永磁同步电机(PMSM)系统,本文研究了基于无模型自适应预测控制(MFAPC)问题,并提出了一种新颖的MFAPC方案来实现有外界扰动的PMSM系统的速度追踪任务.所提出控制方案的主要优势在于仅使用了被控系统的输入/输出数据,并且对外界干扰具有较强的鲁棒性.此外,还讨论了闭环系统跟踪误差的收敛性以及有界输入有界输出的稳定性.最后,通过与传统的PI控制方案、原型无模型自适应控制(MFAC)方案的仿真结果相比较,验证了所提出MFAPC方案的有效性和优越性.     

磨矿过程基础回路优化控制方法

以磨矿过程基础回路重要工艺参数——旋流器给矿浓度控制为研究对象,针对无模型自适应控制(MFAC)的参数自适应性差的问题,引入模糊控制,提出了模糊MFAC方法,给出了该方法的理论推导步骤,设计了模糊MFAC控制器。将模糊MFAC方法、基本MFAC方法和PID方法进行对比仿真实验,结果表明,模糊MFAC方法能够快速跟踪期望值,具有更小的超调量和跟踪误差,且抗干扰能力强。     

输入输出受限船舶的轨迹跟踪自适应递归滑模控制

针对输入输出受限, 模型部分不确定和受到未知海洋干扰的全驱动船舶的轨迹跟踪问题, 提出一种基于时 变非对称障碍李雅普诺夫函数的最小参数自适应递归滑模控制策略. 该策略首先设计障碍李雅普诺夫函数约束船 舶轨迹在有限区域内, 利用最小参数法神经网络逼近模型不确定项, 降低系统的计算复杂度, 然后采用指令滤波器 对输入信号进行幅值约束, 同时避免对因反步法导致的微分爆炸问题, 综合考虑船舶位置以及速度误差间的关系设 计递归滑模控制律, 提高系统的鲁棒性, 采用双曲正切函数和Nussbaum函数补偿由输入饱和引起的非线性项, 提高 系统稳定性. 最后通过Lyapunov理论分析证明了全驱动船舶闭环系统中所有信号是一致最终有界的. 仿真结果表 明, 本文所设计的船舶轨迹跟踪控制方案能有效处理船舶模型不确定部分以及未知外界干扰的问题, 能够实现船舶 在输入受限的情况下在有限区域内航行并准确的跟踪期望轨迹, 具有较强的鲁棒性.     

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PID参数整定的无模型自适应控制器参数整定方法

本文针对一阶线性时不变(FOLTI)系统, 将常用的比例–积分–微分(PID)控制器参数整定方法推广到无模型自适应控制(MFAC)参数整定中, 利用PID控制参数整定方法整定直接型MFAC方案的伪梯度初值, 以期改变MFAC控制律初始参数的试凑式选取, 提升MFAC应用的方便性和可接受性. 通过仿真, 验证了所提伪梯度初值整定方法的有效性, 并对比了FOLTI系统的系统参数和系统结构发生变化后, 应用MFAC与PID控制的性能差异.     

一类非线性大滞后系统自适应积分滑模控制

针对一类非线性大滞后系统, 基于伪偏导数概念的动态线性化非线性系统模型, 利用离散时间预测器技术, 实现了系统原始表达式中滞后环节的隐性表达, 并结合离散积分滑模控制(discrete integral sliding mode control, DISMC)方法, 提出了一种新的无模型自适应离散积分滑模控制(model-free adaptive discrete integral sliding mode control, MFA-DISMC)方案. 该方法的主要特点是控制器设计仅取决于被控对象的输入和输出测量数据. 通过理论分析证明了算法的稳定性, 仿真研究表明, 相比于无模型自适应控制(model-free adaptive control, MFAC)、Smith预估控制、改进的MFAC控制以及比例–积分–微分(proportional-integral-derivative, PID) 控制方法, 本文方法具有更快的响应速度和更强的鲁棒性. 最后, 通过双容水箱液位控制系统的实验研究, 验证了所提出方法的有效性.     

基于改进卡尔曼滤波器的扰动抑制无模型自适应控制方案

针对无模型自适应控制方法在测量扰动作用下控制效果不佳的问题, 本文提出了一种新的扰动抑制无模 型自适应控制方案. 首先基于受控系统的动态线性化数据模型及测量扰动的统计特性, 在最小方差估计准则下推导 了基于系统输入输出数据的改进卡尔曼滤波器. 然后基于此滤波器给出了一种新的扰动抑制无模型自适应控制方 案. 该方案仅需用到受控系统的输入输出数据, 即可实现在强测量扰动作用下系统的无模型自适应控制. 仿真结果 显示, 相比现有的扰动抑制无模型自适应控制方案, 该方案在系统跟踪常值参考信号、时变参考信号时均能有效地 抑制测量扰动, 适用性更好的同时可以获得更小的跟踪误差及更大的数据信噪比.     

Direct adaptive fuzzy backstepping control of uncertain nonlinear systems in the presence of input saturation

In this paper, a novel direct adaptive fuzzy control approach is presented for uncertain nonlinear systems in the presence of input saturation. Fuzzy logic systems are directly used to tackle unknown nonlinear functions, and the adaptive fuzzy tracking controller is constructed by using the backstepping recursive design techniques. To overcome the problem of input saturation, a new auxiliary design system and Nussbaum gain functions are incorporated into the control scheme, respectively. It is proved that the proposed control approach can guarantee that all the signals of the resulting closed-loop system are semi-globally uniformly ultimately bounded (SGUUB), and the tracking error converges to a small neighborhood of the origin. A simulation example is included to illustrate the effectiveness of the proposed approach. Two key advantages of the scheme are that (i) the direct adaptive fuzzy control method is proposed for uncertain nonlinear system with input saturation by using Nussbaum function technique and (ii) The number of the online adaptive learning parameters is reduced.     

Model predictive and adaptive neural sliding mode control for three-dimensional path following of autonomous underwater vehicle with input saturation

With model uncertainties and input saturation, a novel control method is developed to steer an underactuated autonomous underwater vehicle that realizes the following of the planned path in three-dimensional (3D) space. Firstly, Serret–Frenet frame is applied as virtual target, and the path following errors model in 3D is built. Secondly, the control method which includes kinematic controller and dynamic controller was presented based on cascade control strategy. The kinematic controller, which is responsible for generating a series of constrained velocity signals, is designed based on model predictive control. The adaptive radial basis function neural network is used to estimate the model uncertainty caused by hydrodynamic parameters. Moreover, sliding mode control technology is applied in the design of dynamic controller to improve its robustness. Then, the control effect is compared with that of LOS guidance law and PID controller by simulation experiment. The comparison results show that the proposed algorithm can improve path following effect and reduce input saturation.

     

飞机纵向运动模型参考反推自适应PID控制

为克服飞行控制系统设计中传统增益规划方案的缺点,提出一类飞机纵向运动模型参考反推自适应PID控制方案,并给出了该方案的具体设计过程和跟踪性能改善方法．理论分析和数值仿真结果表明．该方案兼具反推自适应控制和PID控制的优点．即：无需知道被控对象的精确数学模型,控制器结构简单,鲁棒性强,在不增大控制增益的前提下具有良好的跟踪性能．     

Decentralized adaptive control of robot manipulators

A decentralized adaptive control scheme is proposed for the trajectory tracking of a general n-degree-of-freedom robot manipulator. The robot is considered as a set of decoupled second-order systems with disturbances. The controller consists of feedforward from the desired trajectory based on the “inverse system” of the model, PID feedback from the actual trajectory, and auxiliary input for the compensation of the neglected terms in modeling in each subsystem. The gain is derived in diagonal matrix form, and is adjusted by the model reference adaptive control theory based on the Lyapunov's direct method. The result is high accuracy in path tracking despite the high speed, load change, and sudden torque disturbances. Numerical simulations on.a planar two-link robot manipulator are presented to show the performance under various practical considerations.     

Robust fuzzy 3D path following for autonomous underwater vehicle subject to uncertainties

This paper addresses a three-dimensional (3D) path following control problem for underactuated autonomous underwater vehicle (AUV) subject to both internal and external uncertainties. A two-layered framework synthesizing the 3D guidance law and heuristic fuzzy control is proposed to achieve robust adaptive following along a predefined path. In the first layer, a 3D guidance controller for underactuated AUV is presented to guarantee the stability of path following in the kinematics stage. In the second layer, a heuristic adaptive fuzzy algorithm based on the guidance command and feedback linearization Proportional-Integral-Derivative (PID) controller is developed in the dynamics stage to account for the nonlinear dynamics and system uncertainties, including inaccuracy modelling parameters and time-varying environmental disturbances. Furthermore, the sensitivity analysis of the heuristic fuzzy controller is presented. Against most existing methods for 3D path following, the proposed robust fuzzy control scheme reduces the design and implementation costs of complicated dynamics controller, and relaxes the knowledge of the accuracy dynamics modelling and environmental disturbances. Finally, numerical simulation results validate the effectiveness of the proposed control framework and illustrate the outperformance of the proposed controller as well.     

二维直线电机的多入多出无模型自适应轮廓控制

针对传统的单入单出控制器无法解决二维直线电机存在的非线性,不确定性以及强耦合作用等问题,依据无模型自适应控制不依赖于被控系统精确数学模型,仅需受控系统输入输出数据便能实现自适应控制这一特点,采用多入多出的紧格式动态线性化无模型自适应控制算法对二维直线电机XY轴进行整体控制器设计.同时,针对二维直线电机这种含有纯二阶积分环节的非自平衡系统,提出了多入多出无模型自适应控制改良方法,并进行严格的稳定性和收敛性证明.为了提高二维直线电机的轮廓精度,在多入多出无模型自适应控制改良方法的基础上,加入交叉耦合控制器,与传统的交叉耦合控制方法相比较,提高了跟踪精度和轮廓精度.最后通过仿真和实物实验证明了所提方案的有效性.