输入受限的非仿射纯反馈不确定系统自适应动态面容错控制

针对存在执行器故障和输入饱和受限的非仿射纯反馈不确定动态系统,提出了一种自适应动态面容错控制策略.在不损失模型精度和考虑系统输入饱和受限的前提下,基于中值定理将非仿射系统转化为具有线性结构的时变不确定系统,在此基础上,再利用参数自适应投影技术对有界不确定时变参数进行在线估计,参数估计误差和外界扰动采用非线性动态阻尼技术进行补偿,并利用双曲正切函数和Nussbaum函数处理系统输入饱和受限和控制增益函数方向未知的问题,同时将反演法和动态面法相结合设计鲁棒自适应控制器,消除了反演法的计算膨胀问题,并且在系统出现执行器失效故障的情况下可确保稳定跟踪.最后,根据解耦反推法,基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的半全局一致最终有界.仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性.     

一类输入受限的不确定非仿射非线性系统二阶动态terminal 滑模控制

针对一类输入受限的不确定非仿射非线性系统跟踪控制问题, 提出一种二阶动态terminal 滑模控制策略. 在不损失模型精度, 并考虑系统输入饱和受限的前提下, 给出一种适用于全局的不确定非仿射非线性系统近似方法. 提出小波小脑模型干扰观测器设计方法, 实现复合扰动的有效逼近. 构造辅助系统分析输入饱和对跟踪误差的影响. 通过构造基于PI 滑模面的terminal 二阶滑模面, 给出二阶动态terminal 滑模控制器设计过程, 克服了传统滑模的抖振问题. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

一类状态/输入受限的不确定非仿射非线性系统鲁棒自适应backstepping控制

针对一类状态/输入受限的不确定严格反馈非仿射非线性系统跟踪控制问题,提出一种鲁棒自适应backstepping控制策略.在保证系统精度的前提下,对状态/输入受限的非仿射系统进行Taylor级数在线展开,得到其仿射形式;为保证系统复合扰动在线准确逼近,提出基于投影算子的递归扰动模糊神经网络干扰观测器(RPFNNDO);在考虑不确定系统存在状态受限和输入饱和等因素下,结合障碍Lyapunov函数、 tanh函数及Nussbaum函数,利用backstepping方法设计控制器,并采用Lyapunov稳定理论分析闭环系统稳定性.应用于无人机航迹控制的仿真结果验证了所提方法的有效性.     

输入受限四旋翼飞行器的模糊自适应动态面轨迹跟踪控制

针对输入受限条件下四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在模型动态不确定和未知外界干扰的情况,提出一种模糊自适应动态面轨迹跟踪控制方法.该方法设计干扰观测器估计位置模型中复合扰动项,利用模糊系统逼近姿态模型中不确定项和外界干扰,并引入双曲正切函数和辅助系统处理输入受限问题,结合反演法和动态面技术设计轨迹跟踪控制器,以降低控制算法的复杂性,最后选取李雅普诺夫函数证明闭环系统所有信号一致最终有界.应用大疆M100飞行器模型进行仿真验证,结果表明所设计的控制器能够有效处理模型动态不确定和未知外界干扰问题,避免飞行器工作过程中因输入饱和导致执行器失效现象,精确地完成轨迹跟踪控制任务.     

非脆弱递归滑模动态面自适应神经网络控制

针对一类非匹配不确定非线性系统的跟踪控制问题, 提出了一种递归滑模动态面自适应控制算法. 采用神经网络(neural network, NN)在线逼近系统不确定项, 通过设计递归滑模动态面有效综合反推步骤中每步跟踪误差之间相互影响和制约的关系. 该方法避免了反推法存在的“微分爆炸”问题, 克服了传统动态面方法对其低通滤波器时间常数和神经网络自适应参数摄动脆弱的缺点. 稳定性分析证明了该方法能够保证闭环系统所有状态半全局一致最终有界, 且跟踪误差可以收敛至原点的任意小邻域.     

状态与输入受限的二阶多输入多输出非线性系统自适应控制

针对含有状态和输入受限的二阶多输入多输出非线性系统的控制问题,提出了一种自适应控制策略.通过综合利用障碍Lyapunov函数和动态面控制方法的特性,使得系统的状态满足约束条件而且能够减少计算量.此外,为了处理输入约束和系统中的不确定性的影响,分别设计了辅助系统和自适应算法.通过理论分析表明,闭环系统的所有状态都是有界的,而且系统的状态和输入都满足约束条件.最后,通过一个数值仿真算例和一个实际的航天器姿态控制系统的仿真来验证所提出的自适应控制策略的有效性.     

基于速度调节的无人帆船机器人自适应航向保持控制

为了解决实际海洋环境下,无人帆船机器人(USR)航向保持控制任务中存在的模型结构未知、参数不确定和航行速度难以控制等问题,本文提出一种具有速度调节性能的鲁棒自适应航向保持控制算法.该算法采用径向基(RBF)神经网络对系统结构不确定进行逼近,由于引入鲁棒神经阻尼技术和动态面控制技术,使得闭环控制系统仅需要两个自适应参数对执行器的增益不确定部分进行在线补偿,并且不需要对神经网络权重参数进行学习更新.所提出的控制算法能够有效控制无人帆船以期望的航行速度达到设定航向.利用Lyapunov稳定性理论证明了所提出控制器能够保证闭环控制系统中相关误差变量满足半全局一致最终有界(SGUUB)收敛.通过在模拟海洋环境干扰下进行计算机仿真研究,验证了所提出算法具有良好的速度调节性能和鲁棒性.     

输入受限系统的多模型自适应控制

针对时不变或含跳变参数的时变被控对象建立多外模型,并构成多建模型输入受限控制器。每个采样时刻基于性能指标,选择与被控对象最接近的模型,将基于此模型的控制器切换为当前控制器。多模型控制器可对时不变被控对象或含跳变参数的时变被控对象,在保证输入输入稳定的同时迅速改善瞬态响应,并且使输出渐近跟踪设定值。     

喷水推进型无人艇航向跟踪的反步自适应滑模控制*

针对单泵喷水推进型无人滑行艇的航向跟踪非线性系统,提出了一种反步自适应滑模控制方法。该系统由无人艇运动非线性响应模型和舵机伺服系统组成,并考虑运动响应模型的建模误差、外界干扰力等非匹配不确定性,利用全局微分同胚坐标变换将原系统变换为具有下三角特征的非线性系统。基于Backstepping方法和滑模控制理论,提出了一种自适应滑模控制律;利用Lyapunov函数,证明该控制律保证了航向跟踪系统的全局渐近稳定性。仿真对比结果验证了所提出控制器的有效性。     

时变时滞非仿射大系统的分散自适应控制

针对一类具有未知时变时滞的非仿射互联大系统基于神经网络的逼近能力, 提出了一种分散自适应神经网络控制方案。该方案利用中值定理对未知非仿射函数进行分离; 利用分离技术和Young's不等式放宽了对未知时滞及时滞互联不确定项的限制, 同时大大减少了在线调节参数的数量。此外, 利用Lyapunov Krasovskii 泛函补偿了未知时滞带来的不确定性。通过理论分析, 证明了闭环系统所有信号是有界的, 输出跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内。最后, 仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

Adaptive fuzzy switched control design for uncertain nonholonomic systems with input nonsmooth constraint

In this paper, a fuzzy adaptive switched control approach is proposed for a class of uncertain nonholonomic chained systems with input nonsmooth constraint. In the control design, an auxiliary dynamic system is designed to address the input nonsmooth constraint, and an adaptive switched control strategy is constructed to overcome the uncontrollability problem associated with x₀(t₀) = 0. By using fuzzy logic systems to tackle unknown nonlinear functions, a fuzzy adaptive control approach is explored based on the adaptive backstepping technique. By constructing the combination approximation technique and using Young's inequality scaling technique, the number of the online learning parameters is reduced to n and the ‘explosion of complexity’ problem is avoid. It is proved that the proposed method can guarantee that all variables of the closed-loop system converge to a small neighbourhood of zero. Two simulation examples are provided to illustrate the effectiveness of the proposed control approach.     

Adaptive dynamic surface control for uncertain nonaffine nonlinear systems

This paper focuses on the problem of adaptive control for uncertain nonaffine nonlinear systems. The original nonaffine systems are transformed into the augmented affine systems via adding an auxiliary integrator, which makes the explicit control design possible. By introducing a modified sliding mode filter in each step, a novel adaptive dynamic surface controller is proposed, where the ‘explosion of complexity’ problem inherent in the backstepping design is avoided. It is proven rigorously that for any initial control condition, the proposed adaptive scheme is able to ensure the semiglobal uniformly ultimately boundedness of all signals in the closed loop. An illustrative example is carried out to verify the effectiveness of the proposed approach. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Adaptive neural practical fixed-time command filtered control for multi-input and multi-output nonlinear systems with dead zones input and unknown control direction

In this article, under the circumstance of dead zones input and unknown control direction, the adaptive practical fixed-time control strategy is presented for a general class of multi-input and multi-output (MIMO) nonlinear systems. The inherent explosion of computational complexity difficulty is eliminated by adopting a command filter technique and the universal approximation properties of radial basis function neural networks (RBFNNs) are applied to model the unknown nonlinear functions. The difficulties of the dynamic surface method and unknown directions can be handled by invoking error compensation mechanism and Nussbaum-type functions, respectively. The uniqueness of the presented control scheme is that the tracking system can achieve the fixed-time stability without relying on the boundedness of dead-zone parameters. The fixed-time convergence of the output tracking error and the semiglobally fixed-time stable of closed-loop system are assured via the developed adaptive fixed-time command filtered controller. Finally, a practical example is supplied to further validate the availability of the presented theoretic result.     

控制输入受限的拦截卫星轨道鲁棒H2/H∞控制

针对拦截卫星在执行轨道拦截任务的过程中存在不确定参数和不同类型外界干扰的轨道控制问题,研究了基于鲁棒H2/H∞稳定的控制器设计方法.首先,考虑参数不确定性、外界干扰、系统的H2/H∞性能和有限时间性能、控制输入限幅和极点配置,建立了相对运动轨道模型和相应的约束条件,并由此提出了控制器设计目标.然后采用线性不等式技术提出并证明了控制器存在的充分条件,并将控制器的设计转化为一个凸优化问题进行求解.仿真结果表明,设计的控制器能够使系统稳定并满足各项约束,且对系统不确定性具有较好的鲁棒性以及对外界干扰有一定的抑制作用.     

Adaptive robust control for unmanned combat platform: Obstacles avoiding and dynamic trajectory tracking

This paper proposes an adaptive robust control scheme to deal with the uncertainty problem of unmanned combat platform. Under the constraint of the controller, the rescue vehicle aims to follow the trajectory of the reconnaissance vehicle and avoid obstacles (e.g., craters and destroyed tanks), while they eventually reach the defined target location (an accident area). First, for the control objective, the original constraints are innovatively separated into two parts: arrival constraint and tracking-avoidance constraint. An approximate constraint-following control substitutes for the triple problem, and the constraint-following error is subsequently established. Second, for the control strategy, a $$-measure is introduced to measure the constraint-following error. To ensure the tracking-avoidance constraint and the arrival constraint can be fully satisfied by the system, an adaptive robust control is designed. Finally, for the fast time-varying uncertainty with unknown boundary, an adaptive law is introduced to evaluate the triple tracking-avoidance-arrival performance. In conclusion, the main contribution of this paper is to achieve triple tracking-avoidance arrival for unmanned combat platform, and the problem of military detection and rescue on complex battlefields can be eliminated.     

具有输入输出约束的无人直升机预设性能安全跟踪控制

针对无人直升机姿态与高度系统存在未知外部干扰、输入饱和、姿态与高度约束等问题, 本文提出一种具 有输入输出约束的预设性能安全跟踪控制方法. 首先, 针对无人直升机的姿态与高度约束, 通过设计一类边界保护 算法, 构建了新的安全期望跟踪信号. 为了保证系统对于安全期望跟踪信号的跟踪性能, 将预设性能函数与边界保 护算法进行结合, 并对跟踪误差进行转换. 针对系统的输入饱和现象, 使用Sigmoid函数进行逼近; 同时, 针对饱和函 数的逼近误差与未知外部干扰构成的复合干扰, 采用参数自适应方法对其上界进行逼近. 然后, 结合反步控制方法 设计了安全跟踪控制器, 并通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有信号的收敛性, 保证了无人直升机的安全 跟踪性能. 最终, 通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性.