非线性动态系统的容错控制

首先概要介绍了非线性动态系统容错控制技术的发展现状;然后分类介绍了几种非线性系统的容错控制技术,重点分析了基于人工智能和参数估计的主动容错控制方法和基于Hamilton-Jacobi方程的非线性被动容错控制设计方法。对于其它的方法,则简要讨论了它们的适用范围和优缺点;并探讨了该领域的难点问题和可能的研究方向。     

一类约束非线性系统的自适应模糊容错控制

针对一类输出受限的非线性系统,提出了一种自适应模糊容错控制方案。在考虑可能发生的执行器故障的情况下,采用非线性映射的方法处理系统受约束的输出变量,从而将约束量的初值选取区间扩大为整个约束空间;用有界的参考信号代换未知函数的自变量,再用模糊逼近器处理这些未知函数,并结合自适应技术处理代换误差和逼近误差,从而使得闭环系统为全局一致最终有界,系统输出可以有效跟踪参考信号。仿真结果进一步验证了本文方法的有效性。     

带有执行器故障的非线性系统的H_∞容错控制

为了解决复杂非线性系统执行器故障问题,提高系统的安全性和可靠性,本文针对一类带有执行器故障的非线性系统,提出了一种H∞容错控制方法。在假设非线性项满足李普希茨条件的前提下,利用线性矩阵不等式方法,给出了有干扰和无干扰时控制器存在的充分条件。该条件不仅保证了系统在执行器故障和正常情况下均能达到渐近稳定,而且能满足一定的性能指标,对干扰具有很好的抑制作用。最后将该方法应用到了水下机器人航向控制系统中,仿真效果较好,说明所给方法是有效性。     

仿射非线性广义系统的变结构控制设计

利用Lyapunov稳定性理论和变结构控制方法,通过所建立的原系统的受限等价解析分解形式,研究了仿射非线性广义系统的变结构控制设计问题。在一定条件下,对系统设计了变结构控制律。所建立的研究方法,为进一步研究仿射非线性广义系统的其它问题(例如跟踪、调节等)开辟了一条新途径。     

一类受扰非线性系统存在执行器及元件故障时的容错控制

本文研究了一类受扰非线性系统存在执行器及元件故障时的镇定控制问题。新的容错控制算法不需要对执行器故障范围界值进行分析估算,因此与现存的方法相比,设计的控制策略结构更加简单,也不需要大量的在线计算。结果表明,应用所设计的控制方法,不仅保证执行器及元件故障下系统的稳定性,也能够有效抑制那些与状态相关不断增长的干扰对系统的影响。通过Lyapunov稳定性理论分析和仿真,均证明了所设计控制算法的有效性,能保证系统同时存在外界干扰、参数不确定性以及执行器/元件故障时的稳定性.     

非线性系统主动容错控制综述

以故障发生部位为分类视角,分别从传感器故障、执行器故障及其他部件故障3个方面,较为详细地对近5年非线性系统主动容错控制的研究进展情况进行了归纳和总结,重点讨论了执行器故障的容错控制问题,并对所存在的问题与未来的发展趋势进行了探讨。     

仿射非线性系统神经网络自适应控制器的研究及其在机械手中的应用

本文提出了一种利用神经网络逼近具有不确定性及 随机干扰的仿射非线性系统的新算法,采用自适应控制率在线调节网络权值,并基于控制理 论选择控制量以削减噪声干扰．从理论上证明采用该算法后系统全局稳定性．最后将该算法 用于两连杆机械手轨迹跟踪,仿真结果表明该算法具有跟踪精度高,收敛速度快的优点．     

基于模糊逻辑的一类非线性系统直接自适应控制

针对一类连续非线性不稳定系统,基于模糊逻辑提出了一种新的自适应跟踪控制方法,在此方法中,控制器由两部分组成：模糊逼近控制器（FAC）和模糊滑模补偿控制器（FSMCC）,其中,FAC利用模糊逻辑系统全局逼近理论控制器,FSMCC用于全局补偿逼近误差和系统的不确定性及消除外部干扰的影响,整个闭环控制系统在Lyapunov意义下全局渐进稳定踊跃误差收敛于零的某一领域内,最后通过示例验证了本方法的有效性。     

基于模糊逼近的一类不确定非线性系统的容错控制

针对一类不确定非线性系统,提出了一种模糊容错控制方案.采用模糊T-S模型来逼近非线性系统,由线性矩阵不等式设计模糊模型的控制律.构建了模糊逻辑系统作为补偿器来抵消对非线性系统的建模误差和因故障引起的不确定性,并证明了闭环系统能够满足期望的跟踪性能.仿真实例表明了所提出容错控制方案的有效性.     

非线性奇异系统的故障诊断与容错控制

本文针对一类非线性奇异系统进行了故障诊断与容错控制研究。首先通过设计观测器来观测系统的状态和故障,然后通过矩阵运算来消除故障,实现系统的容错控制。     

具有间歇性执行器故障的非线性系统自适应CFB控制

控制系统的执行器经常发生各种未知的间歇性故障. 如何有效地处理这些故障对系统的影响是一个难题. 针对一类不确定严格反馈非线性系统, 提出一种自适应CFB (Command filtered backstepping) 控制方案解决了间歇性执行器故障的补偿问题. 利用神经网络逼近控制器中的未知函数, 并采用投影算子实时在线更新控制器中的估计参数使得参数估计值随着故障次数的累积而不断增加的问题被消除. 提出改进的Lyapunov函数证明了所提出的方案能够保证所有闭环信号的有界性, 同时建立了跟踪误差与Lyapunov函数跳变幅度, 最小故障时间间隔, 设计参数之间的关系. 如果Lyapunov函数的跳变幅度越小以及两个连续故障之间的时间间隔越长, 系统的稳态跟踪指标越好. 通过迭代计算建立了暂态跟踪误差指标的均方根型界. 该界表明了通过选择恰当的设计参数, 可改善系统的暂态指标. 仿真结果表明了所提方案的有效性.     

一类多变量非线性动态系统的模糊自适应控制

对一类非线性多变量未知动态系统，提出了一种模糊处在适应控制策略。证明了该控制算法能保证闭环系统稳定，跟踪误差收敛。     

带有摄动死区输入的未知非线性系统自适应模糊控制

用自适应模糊控制来实现对带有摄动死区输入的一类未知非线性系统的控制. 文中给出了一种新的死区执行器模型, 该模型含有时变并且摄动的执行增益. 通过将死区非线性分解为一个线性类似项, 一个非线性项和一个扰动类似项降低了扰动类似项的上界, 从而可以用更小的控制力度来实现系统的鲁棒性. 利用反步后推技术与非线性参数化的模糊逼近器结合导出控制器, 该设计取消了模糊基函数须事先已知的限制. 本文不仅从理论上证明了所给控制器能够保证闭环系统的稳定性和预期的跟踪性能, 还用仿真实验验证了控制器的有效性.     

一类未知非线性离散系统的直接自适应模糊预测控制

将自适应模糊逻辑系统引入预测控制,对一类未知非线性离散系统提出了直接自适应模糊预测控制方法.首先对被控对象提出了线性时变子模型加非线性子模型的预测模型,然后直接利用模糊逻辑系统设计预测控制器,并基于广义误差估计值对控制器参数和广义误差估计值中的未知向量进行自适应调整.文中证明了此方法可使广义误差估计值收敛到原点的小邻域内.     

仿射非线性系统的一种观测器设计方法

对仿射非线性系统全维观测器设计方法进行了讨论，提出了一种设计方法．该方法基于微分Riccati方程的正定解，观测器的增益矩阵通过Riccati方程的正定解给出，因而观测器增益矩阵为时变的．通过坐标变换，用李亚普诺夫方法对观测器的存在性进行了论证．对一个实际模型的仿真分析表明了该方法的实用性和正确性．     

一类非线性不确定系统的鲁棒自适应控制

针对一类含有未知参数和动态不确定的非线性系统，基于Lyapunov递推设计方法设计了状态反馈控制器，并提出了鲁棒自适应控制算法。所设计的控制器不仅可保证闭环系统的全局稳定性。而且使得系统对于所有允许的不确定系统状态全局一致终值有界。仿真结果表明了本文方法所设计的控制器的有效性和可行性。     

不确定型网络系统的分布式自适应跟踪控制器

文章针对带有不确定性的非线性网络系统设计了协调跟踪控制器, 使得follower实现了对仅部分信息可测且受干扰的动态leader的跟踪. 文章运用神经网络方法对follower动态进行建模, 提出了基于观测器的自适应控制策略, 并且通过Lyapunov理论证明, 在适当的网络拓扑条件和适当选择参数的前提下, 该网络系统可以达UUB (Cooperative Uniformly Ultimately Bounded). 最后, 文章给出仿真实例以验证所提算法的有效性.     

虚拟控制增益函数未知的随机非线性系统模糊自适应控制

The problem of track control is studied for a class of strict-feedback stochastic nonlinear systems in which unknown virtual control gain function is the main feature. First, the so-called stochastic LaSalle theory is extended to some extent, and accordingly, the results of global ultimate boundedness for stochastic nonlinear systems are developed. Next, a new design scheme of fuzzy adaptive control is proposed. The advantage of it is that it does not require priori knowledge of virtual control gain function sign, which is usually demanded in many designs. At the same time, the track performance of closed-loop systems is improved by adaptive modifying the estimated error upper bound. By theoretical analysis, the signals of closed-loop systems are globally ultimately bounded in probability and the track error converges to a small residual set around the origin in 4th-power expectation.     

一类具有未知控制方向非线性系统的输出反馈自适应控制

研究了一类控制方向未知非线性系统的输出反馈自适应镇定问题. 首先, 通过一线性状态变换, 将未知控制系数集中起来, 从而将原系统变换为适于控制设计的新系统. 然后, 分别引入状态观测器和参数估计器, 并应用积分反推和调节函数方法, 给出了输出反馈稳定控制律的构造性设计过程. 可以证明,所设计的控制器确保原系统状态渐近收敛到原点, 而其它闭环系统状态有界. 仿真结论验证了所提出方法的有效性.