基于未建模动态补偿的非线性自适应切换控制方法

针对一类不确定的离散时间零动态不稳定的单输入-单输出(Single-input single-output, SISO)非线性系统,提出了一种基于未建模动态补偿的非线性控制器. 采用自适应神经模糊推理系统(Adaptive-network-based fuzzy inference system, ANFIS)和一一映射相结合的方法估计未建模动态.在此基础上,提出了由线性自 适应控制器、非线性自适应控制器以及切换机制组成的自适应切换控制方法.该方法通过对上述两种控制器的切换, 保证闭环系统输入输出信号有界的同时,改善系统性能.本文将要求未建模动态全局有界的条件放宽为线性增长, 建立了所提自适应控制方法的稳定性和收敛性分析.通过仿真比较和水箱的液位控制实验,验证了所提方法的有效性.     

虚拟未建模动态补偿与数据驱动的非线性广义预测控制

针对一类离散时间非线性动态系统,把常规广义预测控制与数据驱动控制相结合、反馈控制与前馈补偿相结合、信号补偿与调节器原理相结合,提出了一种数据与虚拟未建模动态及其增量补偿的非线性广义预测控制方法.推导了闭环系统的输入输出动态方程,并分析了所提控制算法的性能.对比实验的研究体现出本文所提控制算法的优越性和有效性.     

未建模动态增量补偿驱动的非线性PID控制及应用

针对一类具有强非线性、机理不清且动态特性随不同运行条件而变化的复杂过程, 将基于数据的建模技术与基于模型的控制策略相结合, 提出了未建模动态及其未知增量补偿驱动的非线性PID控制方法. 所提的算法将一步超前最优控制策略应用于PID控制器的参数设计, 并结合非线性补偿技术进行综合设计, 从理论上给出了PID控制器参数以及非线性补偿器设计的一般原则和方法, 为解决传统PID控制器参数难于整定的问题提供了方法和途径. 在此基础上, 分析了闭环系统的稳定性和收敛性. 最后, 将所提的控制算法进行数值仿真实验以及Pendubot系统平衡控制的对比实验, 实验结果表明, 在Pendubot的精确摩擦力模型未知的情况下, 所提算法能有效地消除系统未知时变不确定性的影响, 并尽可能地减少Pendubot摆角的波动, 将摆角控制在规定的目标值范围内.     

基于未建模动态补偿的一类MIMO非线性系统的自适应广义预测解耦切换控制

针对一类不确定的多输入多输出(MIMO)离散时间零动态不稳定非线性系统, 提出了一种基于未建模动态补偿的非线性广义预测解耦切换控制方法. 该控制方法要求系统的未建模动态满足线性增长条件, 放宽了未建模动态全局有界的限制. 建立了所提的自适应控制方法的稳定性和收敛性分析. 而且, 在设计广义预测解耦控制器时, 把“一一映射”与ANFIS的训练相结合来估计系统的未建模动态, 保证了ANFIS的万能逼近特性. 最后, 仿真结果验证了所提方法的优越性.     

具有未建模动态的自适应神经网络动态面控制

对一类具有未建模动态的严格反馈非线性系统,提出一种自适应神经网络动态面控制方案.该方案将动态面控制方法扩展到具有未建模动态的严格反馈非线性系统的控制器设计中,拓展了动态面控制方法的应用范围.利用动态面控制方法引入的紧集来处理未建模动态对于系统的影响.利用Young's不等式,提出两种自适应参数调节方案.与现有研究结果相比,有效地减少了可调参数的数目,放宽了动态不确定性的假设,无需虚拟控制增益系数导数的信息.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,且跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内.     

带有未建模动态的船舶减摇鳍的鲁棒自适应控制

针对船舶减摇鳍非线性数学模型,提出一种鲁棒自适应控制器,可以用于存在非线性不确定、未知有界扰动和未建模动态的情况。应用Lyapunov稳定性理论证明,所提出的鲁棒自适应控制器可保证整个非线性系统的稳定性,且通过适当选择设计参数,可使跟踪误差达到任意精度。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

带有死区输入和未建模动态的神经网络控制

针对一类具有死区非线性输入和未建模动态的非线性系统,提出一种自适应神经网络控制方法。该方法将后推技术和动态面技术结合,克服了计算复杂性问题,放宽了动态不确定性的假设,取消了神经网络逼近误差有界。借助中值定理和Young’s不等式,保证整个设计只需一个自适应参数,且控制增益只需存在一个上、下界。理论分析证明闭环系统所有信号半全局一致终结有界。仿真结果验证所提方案的有效性。     

具有未建模动态和输出约束的耦合系统的分散自适应控制

针对一类具有输入、状态未建模动态和非线性输入的耦合系统,提出一种自适应神经网络控制方案.利用径向基函数神经网络逼近未知非线性连续函数;引入动态信号和正则化信号处理状态及输入未建模动态;通过引入非线性映射,将具有时变输出约束的严格反馈系统化为不含约束的严格反馈系统.最后,通过理论分析验证闭环系统中所有信号是半全局一致最终有界的,仿真结果进一步验证了所提出控制方案的有效性.     

带有未建模动态的非线性系统的自适应动态面控制

针对一类带有未建模动态的非线性纯反馈系统,利用神经网络逼近能力,提出一种自适应动态面控制方案.通过在传统后推设计中引入一阶滤波器,避免了对虚拟控制反复求导而导致的计算复杂性问题.利用Young’s不等式和积分型李亚普诺夫函数,有效地减少了可调参数的数目,无需虚拟控制增益系数导数的信息.理论分析表明了闭环控制系统是半全局一致终结有界的.     

虚拟未建模动态补偿驱动的双率自适应控制

工业换热过程是蒸汽与循环水在换热器中进行热交换,使供水温度达到工艺规定的目标范围内的复杂工业过程.由于存在蒸汽压力、回水流量波动以及换热器内管壁结垢的扰动,导致被控对象模型参数发生未知随机的大范围变化,使控制器积分作用失效,造成内环蒸汽流量和外环供水温度波动,相互影响,甚至谐振.针对上述问题,利用工业换热过程运行在工作点附近的特点,用确定性低阶线性模型和虚拟未建模动态来描述被控过程.将自适应信号法与双率控制技术相结合,提出了以蒸汽流量为内环输出、以供水温度为外环输出的双率自适应控制器,并给出了该控制器的稳定性和收敛性分析.本文将工业换热过程机理模型作为被控对象,进行了半实物仿真.结果表明,对于工业换热过程,在模型参数大范围变化时,本文提出的控制方法可以将供水温度控制在工艺要求的目标范围内.     

Robust adaptive output‐feedback control for nonlinear systems with output unmodeled dynamics

In this paper, for a class of uncertain nonlinear systems in the presence of inverse dynamics, output unmodeled dynamics and nonlinear uncertainties, a robust adaptive output‐feedback controller design is proposed by combining small‐gain theorem, changing supply function techniques with backstepping methods. It is shown that all the signals of the closed‐loop system are uniformly bounded in biased case, and the output can be regulated to a small neighborhood of the origin in unbiased case. Furthermore, under some additional assumptions, an asymptotical result is obtained. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新型非线性PID控制器及其参数设计

方法简单、参数效率高是非线性PID控制器所期望的特征. 本文提出一种新的非线性PID控制器设计方法,并就其非线性函数的函数特点以及控制器参数选择问题进行了分析. 首先, 利用电容极间场强的作用原理提出了一种非线性函数构造方法, 并用来对常规PID控制器进行修正, 形成一种非线性PID控制器; 其次, 对非线性函数进行了分析, 指出了不同参数对非线性函数的影响; 最后, 利用T–无源的有关结论对这种非线性PID控制器的稳定性进行分析, 得到了这一非线性PID控制器的参数设计依据. 仿真实例表明了文中所提控制     

Adaptive finite-time stabilizing control of fractional-order nonlinear systems with unmodeled dynamics via sampled-data output-feedback

This article realizes an adaptive finite-time sampled-data output-feedback stabilization for a class of fractional-order nonlinear systems with unmodeled dynamics and unavailable states. K-filters are constructed to estimate unavailable states, a dynamic signal is introduced to handle unmodeled dynamics and neural networks were used to approximate uncertain nonlinearities existed in stabilizer construction. With the help of backstepping technique, an adaptive sampled-data output-feedback stabilizer is exported, and such stabilizer with allowable design parameters and sampling period can render the corresponding closed-loop system reaches practically finite-time stable, which can be demonstrated by means of selected Lyapunov function candidates. In the end, two simulations with a numerical and an engineering examples are presented to verify the effectiveness of the proposed scheme.     

一类非线性PID控制系统稳定性分析

针对一类由非线性增益函数与典型PID控制器级联组成的非线性系统,采用波波夫判据对此类闭环控制系统进行稳定性分析.分别确定了确保非线性PID,P,PI,PD闭环控制系统稳定的非线性增益的有效取值范围,为此类非线性控制系统的实际工程应用奠定了基础.     

基于非线性PID的吊车防摆定位控制

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象，采用非线性PID控制器进行定位和防摆控制。仿真实验结果表明，系统具有良好的动态、静态特性和强的鲁棒性。     

Zero dynamics of sampled nonlinear systems

The behaviour of the zero dynamics of a discrete-time system obtained when sampling a continuous time nonlinear system is studied. We give a result which generalizes the known behaviour of the zeros of a sampled linear system for small time intervals.     

一种基于遗传算法的非线性PID控制器

基于PID控制器各增益参数与偏差信号之间呈现非线性关系,拟合各参数的非线性函数可分别对控制器的P／I／D各部分实施单独调节的思想,提出根据控制与误差之间的调节规律,给定一组增益参数的非线性函数,并采用遗传算法来优化和构造此非线性PID调节器．典型系统的仿真结果表明,该控制器可在一定程度上兼顾系统的动态和静态性能．     

过渡目标值的非线性PID对自治水下机器人变深运动的稳定控制

针对传统PID在控制自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)变深运动时易出现超调、大幅波动等问题,提出一种具有过渡目标值过程来调节误差反馈的非线性PID控制器.在分析传统PID控制下系统出现超调原因的基础上,对系统目标值安排过渡过程,利用系统输出跟踪过渡后的目标值进行误差反馈控制.通过赫尔维兹判据证明了系统稳定性,仿真验证了控制的可行性.最后通过湖上试验验证其工程可行性与实用性,得出在非线性过渡目标值的PID控制下,系统的动态响应特性得以优化,变深超调和波动问题明显改善,可实现AUV平稳地变深运动控制.     

不确定非线性系统的鲁棒自适应输出反馈控制

基于自适应非线性阻尼,提出一种鲁棒自适应输出反馈控制方法。该方法适用于带有未建模动态、未知非线性、有界扰动、未知非线性参数和不确定控制系数的多输入多输出非线性系统。理论证明,在一定的假设条件下,该方法能保证闭环系统所有动态信号有界;不论有多少不确定非线性参数、多高阶的非线性系统,只需要一个自适应控制参数和观察参数;而且通过选择适当的控制器和观测器参数,能使控制误差和估计误差达到任意小。仿真结果表明了所提出方法的有效性。