一类不确定非线性系统的自适应输出反馈镇定

研究了一类不确定非线性系统的全局自适应输出反馈镇定问题. 由于不确定控制系数和未知线性增长率的存在, 这个问题比较复杂且很难解决. 本文引入一个新的在线调节的动态增益, 并基于此设计了高增益K-滤波器用于重构系统的状态. 然后, 受广义控制方法的启发, 发展了反推法并设计了自适应输出反馈镇定控制器. 结果表明, 通过选择恰当的设计参数可以保证闭环系统的全局稳定性. 给出的仿真算例验证了本文理论结果的正确性.     

一类增长线性地依赖于不可测状态不确定非线性系统输出反馈控制

研究了一类具有不确定控制系数, 稳定零动态和增长线性依赖于不可测状态非线性系统的输出反馈全局镇定问题. 首先引入两种恰当的状态变换, 将原系统变为具有确定虚拟控制系数和分离零动态的新系统. 然后, 构造了基于高增益K-滤波器的恰当观测器, 并且应用反推技术成功设计了输出反馈控制器. 通过选择恰当的设计参数, 可以保证闭环系统的全局渐近稳定性. 给出的仿真算例验证了理论结果的正确性和所提出方法的有效性.     

具有输入及状态未建模动态系统的输出反馈自适应控制

针对一类具有输入及状态未建模动态的非线性系统, 设计K滤波器来估计系统不可量测状态, 基于动态面控制技术并利用径向基函数神经网络的逼近能力, 提出一种输出反馈自适应跟踪控制方案. 利用Nussbaum 函数性质, 有效地解决了高频增益符号未知问题. 在控制器设计中引入规范化信号来约束输入未建模动态, 从而有效地抑制其产生的扰动. 通过理论分析证明了闭环控制系统是半全局一致终结有界的.

     

一类高超声速飞行器自适应容错控制器设计

高超声速飞行器控制系统具有非常突出的强耦合、强非线性、时变的力学特性,在其研究与设计过程中,需要处理高速飞行带来的弹性形变、多输入多输出、气动参数不确定以及高温高热等原因导致的各种传感器故障和部分作动器故障等一系列问题,因此该类飞行器控制系统的研究与设计面临着传统飞行器控制系统研究所未有的困难和挑战.针对高超声速飞行器飞行过程中遇到的部分作动器故障问题,本文提出了非线性观测器与控制器一体化设计的高超声速飞行器自适应反演容错控制方法.首先将飞行器作动器故障模型转换为一类状态不能完全测量,且具有未知参数和未知控制增益的SISO输出反馈非线性最小相位系统,然后,基于改进的K-滤波器理论对状态向量进行重构,在系统只有输出可以测量的情况下,设计了一种新型观测器,确定出收敛的状态向量,设计出强自适应能力的控制器,保证了系统所有信号的有界性.在自适应反演设计时,采用动态面设计方法,引入一阶滤波器,得到虚拟控制量的微分,消除传统反演设计中的"项数膨胀"问题,用Lyapunov稳定性定理保证误差一致有界.仿真实验验证了该算法的有效性.最后以高超声速飞行器纵向通道为例,验证了上述理论.     

基于时变增益扩张状态观测器的逆变器系统自适应 super-twisting电压鲁棒控制

针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动, 本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应 super-twisting鲁棒电压控制新方法. 首先考虑负载扰动, 建立单相逆变器系统的动态模型, 进而考虑系统参数摄动, 通过引入非测量辅助状态变量, 将上述动态模型转化为只包含匹配扰动的状态方程; 其次, 设计时变增益扩张状态 观测器, 以实现对非测量辅助状态变量与包含负载变化和参数摄动等因素在内的集总不确定项的估计; 最后, 基于 此扩张状态观测器, 设计采用自适应super-twisting算法的滑模控制律, 以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的 快速准确跟踪并增强系统鲁棒性. 仿真实验结果表明: 所提出的时变增益扩张状态观测器可在保证观测误差收敛 的同时, 有效抑制“初始微分峰值”现象; 采用自适应super-twisting算法的滑模控制策略可使逆变器系统输出电压 具有较高跟踪精度和较小总谐波失真率, 增强系统的抗干扰能力, 并降低控制输入信号“抖振”.     

一类带不确定输入动态非线性系统的输出反馈鲁棒镇定

研究一类带不确定输入动态非线性系统的输出反馈鲁棒镇定问题.通过在高增益观测器引入新的设计参数,改进了通常的高增益反馈控制的设计方法.在输入动态满足零相对阶最小相位的假设下,基于非分离设计原则给出了动态输出反馈控制器的设计方法,所设计的控制器实现了对任意可允许不确定输入动态的全局鲁棒镇定.     

一类线性时变系统的输出反馈控制

基于线性时不变系统能控能观标准型变换及非线性系统高增益观测器方法,本文研究了一类线性时变系统 的输出反馈控制问题. 通过引入时变的状态变量坐标变换,分别设计了线性时变系统的状态反馈控制器、状态观测器以及基于 状态观测器的输出反馈控制器. 进一步地,本文分别证明了观测器动态误差是渐近收敛于零的,而状态反馈控制器以及输出反馈控制器可以 保证闭环系统的渐近稳定性.     

一类不确定非线性系统自适应输出反馈跟踪控制的新结果

研究了一类不确定非线性系统的自适应输出反馈实际跟踪控制问题. 解决该控制问题的困难主要源于此类系统控制系数不确定, 并具有依赖于不可测状态的增长且其增速是关于输出的多项式函数. 首先, 通过推广现有的K–滤波器, 引入了新的动态高增益K–滤波器, 并基于此构造了状态观测器. 然后, 应用反推技术, 成功的设计了系统的自适应输出反馈跟踪控制器. 主要结果表明, 通过设计参数的适当选择, 所构造的控制器能保证闭环系统的所有状态全局有界, 并且当时间足够大时, 跟踪误差收敛到零点的既定小邻域内.     

具有未建模动态系统的自适应动态面输出反馈控制

针对一类具有未建模动态和动态扰动且状态不可量测的非线性系统,利用神经网络逼近未知函数设计K-滤波器重构系统状态,提出一种自适应输出反馈控制策略。通过对未建模动态的新刻画,避免动态信号的引入。采用动态面设计方法,取消理论分析中产生的未知连续函数的估计,降低设计的复杂性。利用Lyapunov方法证明了闭环系统的所有信号是半全局一致终结有界的,并通过仿真结果验证了所提出方案的有效性。     

伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统受限状态下预设性能控制

以伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统为研究对象,针对系统输入和状态受限问题,考虑系统存在的参数不确定性和负载转矩扰动影响,设计一种基于观测器的预设性能自适应控制器.首先,针对系统存在的参数不确定性、负载转矩扰动等问题,基于Lyapunov函数设计变增益扩张状态观测器,在保证观测精度的同时,削弱峰值现象;其次,考虑状态和输入受限的情况,将预设性能函数与Backstepping技术相结合设计控制器,构建指令滤波器解决“计算膨胀”问题,引入动态补偿量对观测器及受限状态产生的误差进行补偿,并对所设计的控制器进行稳定性分析;最后,通过仿真对比实验验证控制器的有效性.     

Adaptive fuzzy backstepping output feedback control of nonlinear time-delay systems with unknown high-frequency gain sign

In this paper, an adaptive fuzzy robust feedback control approach is proposed for a class of single-input and single-output (SISO) strict-feedback nonlinear systems with unknown nonlinear functions, time delays, unknown high-frequency gain sign, and without the measurements of the states. In the backstepping recursive design, fuzzy logic systems are employed to approximate the unknown smooth nonlinear functions, K-filters is designed to estimate the unmeasured states, and Nussbaum gain functions are introduced to solve the problem of unknown sign of high-frequency gain. By combining adaptive fuzzy control theory and adaptive backstepping design, a stable adaptive fuzzy output feedback control scheme is developed. It has been proven that the proposed adaptive fuzzy robust control approach can guarantee that all the signals of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded and the tracking error can converge to a small neighborhood of the origin by appropriately choosing design parameters. Simulation results have shown the effectiveness of the proposed method.     

Global stabilization by output feedback for a class of nonlinear systems with uncertain control coefficients and unmeasured states dependent growth

This paper considers the problem of global stabilization by output feedback for a class of nonlinear systems with uncertain control coefficients and with unmeasured states dependent growth. Mainly due to the uncertain control coefficients, the problem has remained unsolved and its major difficulty stems from the inapplicability of the commonly used high-gain like observer. By introducing an appropriate state transformation and a thoroughly novel observer based on high-gain K-filters, the backstepping design approach is successfully proposed to the output-feedback controller for this class of systems. It is shown that the global asymptotic stability of the closed-loop system can be guaranteed by the appropriate choice of the control parameters.     

具有预设性能的切换系统输出反馈自适应动态面控制

本文针对一类具有未建模动态和预设性能的输出反馈非线性切换系统,提出基于公共Lyapunov函数法的自适应输出反馈动态面控制方案.通过设计K滤波器和观测器估计不可测量的状态.引入动态信号处理动态不确定性.利用Nussbaum函数解决增益符号未知的问题.神经网络用于逼近由设计过程和理论分析所产生的未知连续函数.引入性能函数和误差转换器将预设性能控制问题转换为稳定性问题.通过适当选取切换子系统的初值,并利用动态面控制系统证明的特点,证明了闭环切换系统所有信号半全局一致终结有界.仿真例子验证了所提方案的有效性.     

具有未建模动态和输出约束系统的自适应输出反馈控制

针对一类具有未建模动态和输出约束的输出反馈非线性系统, 提出一种自适应输出反馈动态面控制方案. 利用神经网络逼近未知连续函数, 分别设计K滤波器和动态信号估计不可测量的状态, 并处理动态不确定性. 引入障碍李雅普诺夫函数并设计自适应控制器以保证BLF有界, 从而实现输出约束. 理论分析表明, 闭环控制系统是半全局一致终结有界的, 且满足输出约束, 仿真结果验证了所提出方案的有效性.     

Adaptive fuzzy backstepping output feedback control for strict feedback nonlinear systems with unknown sign of high-frequency gain

In this paper, an adaptive fuzzy robust output feedback control approach is proposed for a class of SISO nonlinear strict-feedback systems with unknown sign of high-frequency gain and the unmeasured states. The nonlinear systems addressed in this paper are assumed to possess the unmodeled dynamics, dynamical disturbances and unknown nonlinear functions, where the unknown nonlinear functions are not linearly parameterized, and no prior knowledge of their bounds is available. In the recursive designing, fuzzy logic systems are used to approximate the unknown nonlinear functions, K-filters are designed to estimate the unmeasured states, and a dynamical signal and Nussbaum gain functions are introduced to handle the unmodeled dynamics and the unknown sign of the high-frequency gain, respectively. Based on Lyapunov function method, a stable adaptive fuzzy output feedback control scheme is developed. It is mathematically proved that the proposed adaptive fuzzy control approach can guarantee that all the signals of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded, the output converges to a small neighborhood of the origin. The effectiveness of the proposed approach is illustrated by the simulation examples.     

基于双增益方法的不确定非线性系统的输出反馈调节问题

研究一类具有多种不确定性的非线性系统的全局输出反馈调节问题.所研究系统的一个显著特点是非线性项被未知增长率和多项式形式的输出函数的乘积界定,难点是在输出受不确定参数摄动的情况下如何抑制非线性项.提出一种改进的双增益方法来设计输出反馈控制器,可以确保闭环系统所有信号全局一致有界并且原系统状态收敛到零.最后,采用质量弹簧机械系统的输出反馈镇定问题来说明控制策略的有效性.     

A novel approach to output feedback control of fuzzy stochastic systems

This paper investigates the problem of Hankel-norm output feedback controller design for a class of T–S fuzzy stochastic systems. The full-order output feedback controller design technique with the Hankel-norm performance is proposed by the fuzzy-basis-dependent Lyapunov function approach and the conversion on the Hankel-norm controller parameters. Sufficient conditions are established to design the controllers such that the resulting closed-loop system is stochastically stable and satisfies a prescribed performance. The desired output feedback controller can be obtained by solving a convex optimization problem, which can be efficiently solved by standard numerical algorithms. Finally, a Henon map system is used to illustrate the effectiveness of the proposed techniques.     

Robust output regulation problem for linear time-delay systems

In this paper, we study the robust output regulation problem for linear systems with input time-delay. By extending the internal model design method to linear time-delay systems, we have established solvability conditions for the problem by both dynamic state feedback control and dynamic output feedback control. The advantages of internal model approach over the feedforward design approach are that it can handle perturbations of the uncertain parameters in the plant and the control law, and it does not need to solve the regulator equations.