连续搅拌反应釜的自适应输出反馈控制及参数整定

针对一类连续搅拌反应釜(CSTR),提出了基于扩张状态观测器和反步法的自适应控制方法,并结合连续动作强化学习器(CARLA)进行控制器参数整定.将CSTR视为包含不确定函数的非严格反馈非线性系统,利用扩张状态观测器对系统中的状态变量实时估计,并对不确定函数在线逼近,将系统补偿为线性二阶积分串联系统,为其设计反步法控制器.通过李雅普诺夫稳定性定理对系统稳定性进行分析,证明了闭环系统中所有信号均有界.最后,针对大量控制器参数难以人工整定的问题,设计CARLA算法快速搜索控制器参数最优值,提升了控制品质.仿真实验进一步验证了该方法的有效性.     

基于滤波器的浸入与不变自适应控制

针对机电伺服系统存在参数不确定、未建模动态及时变扰动这一问题,提出一种基于滤波器的浸入与不变自适应算法,该算法能够准确估计伺服系统中的未知参数.首先,构造系统状态及回归函数的滤波器,再根据滤波后的辅助变量构造参数估计器;然后,依据浸入与不变理论设计参数估计器中的辅助函数,从而保证参数估计误差的收敛性.此外,为了进一步降低集总扰动对系统闭环性能的影响,提出一种扰动观测器,这种扰动观测器结构简单,并且能保证估计误差的渐近稳定,从而有效地补偿系统中的未建模动态和外部扰动.最后,利用Lyapunov理论分别证明了参数估计器、扰动观测器及闭环系统的稳定性,仿真与实验结果验证了所提出的自适应方法及扰动观测器的有效性.     

基于ESO的船舶航向鲁棒自适应控制

针对具有内部未建模动态和外部不确定扰动的水面船舶设计一种鲁棒自适应航向控制器,并同时解决转向过程中的漂角补偿问题.基于二阶非线性Nomoto模型和一阶漂角模型,建立非积分链结构的漂角-航向非线性状态空间模型,将航向控制系统未建模动态与外部不确定扰动合并为复合扰动,应用扩张状态观测器估计模型中的未测量状态和系统复合扰动.基于Lyapunov稳定性理论和自适应反步法设计航向状态反馈控制规律,为避免反步法控制过程中的微分爆炸问题,采用动态面控制技术获取虚拟控制信号的近似导数.所提出的扩张状态观测器和航向控制算法能够保证闭环系统内所有误差信号一致最终有界,提高航向保持和转向过程中的航向跟踪精度.仿真结果验证了所提出的航向控制规律的有效性.     

基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制

针对速度不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑船舶存在模型参数不确定项以及外界环境干扰未知情况,提出一种基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制策略.该策略构造扩张观测器估计船舶速度向量,利用神经网络算法逼近模型参数不确定项,然后采用动态面控制技术避免对虚拟控制律直接求导,简化控制律计算过程,并引入低频增益学习技术消除外界扰动导致控制信号产生高频振荡,最后选取李雅普诺夫函数证明该控制律能够保证船舶跟踪闭环系统中所有误差信号一致最终有界.仿真结果表明,本文所设计控制器对船舶模型参数不确定项及外界环境干扰具有较强的鲁棒性,能够实现对船舶轨迹的有效跟踪.     

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.     

面向多源干扰的动力定位船舶精细抗干扰控制

针对动力定位船舶非线性模型以及多源干扰导致的定位不精确问题,考虑不同干扰的特点及其在非线性模型中的响应特性提出一种基于无源精细化扩张状态观测器的鲁棒自适应抗扰控制方法.首先,建立动力定位船舶数学模型和多源干扰模型,并根据系统模型设计无源精细化扩张状态观测器实时估计船舶状态及其所受的多源干扰;然后,在此基础上引入动态面控制技术,在控制律中设计鲁棒自适应项以补偿估计误差;最后,证明该闭环级联系统所有误差信号一致最终有界.对一艘动力定位船舶进行仿真实验,实验结果表明,该方法在干扰估计和状态估计方面均优于传统扩张状态观测器,验证了该控制方法的有效性.     

严格反馈非线性系统的自适应神经网络输出反馈控制

基于非线性反馈函数,文章设计神经网络状态观测器,解决一类非线性系统的输出反馈控制问题.非线性反馈神经网络观测器在系统存在不确定性函数的情况下实时估计系统状态.利用所获得的状态信号,设计了自适应神经网络动态面控制器,同时保证了闭环系统的稳定性和所有信号的有界性.通过调节设计参数的取值能够达到期望的闭环跟踪性能.数值仿真表明,所设计的状态观测器不需要对原系统做状态变换,能够克服输出反馈滑模控制器带来的抖震问题.     

基于遗传算法的输出反馈动态面优化控制

针对一类只有输出信号可测且非线性项含不可测状态的不确定系统,基于输入信号置换思想构建了神经网络状态观测器,结合动态面理论设计了输出反馈自适应控制方案。通过理论分析确定了控制律参数选取范围,保证了闭环控制系统所有信号半全局一致终结有界; 利用遗传算法提出一种参数寻优策略,选取了最优的输入初始值和控制律参数,解决了控制冲击问题,提高了跟踪精度。     

基于自适应AGBFN的不确定非线性系统的跟踪控制

针对一类具有未知不确定性的非线性系统,提出了一种基于观测器的自适应不对称高斯基函数网络(AGBFN)跟踪控制方案.当系统只有输出可以测量时,通过设计观测器对其进行在线状态估计,进而构造反馈控制律和自适应控制律.所提出的完全自适应AGBFN,可以在线更新网络所有参数,克服了传统RBF网络对称性约束,提高了网络的适应性和学习能力,可以有效地对消系统未知不确定项的影响.证明了闭环系统所有误差信号最终一致有界,且系统输出较好地跟踪参考模型输出.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

具有全状态约束和未建模动态的严格反馈系统有限时间自适应动态面控制

针对一类具有全状态约束、未建模动态和动态扰动的严格反馈非线性系统,通过构造非线性滤波器,并利用Young’s不等式,提出一种新的有限时间自适应动态面控制方法.引入非线性映射处理全状态约束,将有约束系统变成无约束系统,利用径向基函数逼近未知光滑函数,利用辅助系统产生的动态信号处理未建模动态.对于变换后的系统,利用改进的动态面控制和有限时间方法设计的控制器结构简单,移去现有有限时间控制中出现的“奇异性”问题,可加快系统的收敛速度.理论分析表明,闭环系统中的所有信号在有限时间内有界,全状态不违背约束条件.数值算例的仿真结果表明,所提出的自适应动态面控制方案是有效的.     

智能厂房温湿度控制系统

首先分析了厂房温湿度控制与一般建筑物空调系统的区别,指出现在流行的空调控制方法不适合厂房温湿度控制;接着提出一种智能温度控制方法,它不需要确定系统的数学模型,用专控制的方法,在不同控制阶段分别采用开关控制,模糊控制和智能ＰＩＤ控制;最后介绍了实行结果。     

A three-loop model-following control structure: theory and implementation

This article presents a novel three-loop control system, which supplements control structures known from the literature as model following control (MFC). The major advantage of the proposed system is its high robustness to process parameter variations; it is much higher than that offered by single-loop or two-loop control systems. Features of the new structure are revealed by a theoretical analysis that has been carried out from the viewpoint of requirements for a force/pose controller of a Stäubli RX60 manipulator. This article shows how the proposed control structure responds to such strong process parameter variations and makes a comparison to results yielded by single-loop control structures.     

模型跟踪广义预测鲁棒自适应控制器

本文采用滤波CARMA模型,基于内模原理,提出了一种新的广义预测鲁棒自适应控制器,并分析了闭环系统性能,在新的控制器中,引入适当的前馈作用,使得跟踪和调节问题解耦,利用部分状态跟踪、模型参考以及极点配置方法解决跟踪问题,利用多步预测滚动优化方法解决调节问题;适当选择滤波器可以保证对平稳随机扰动有满意的响应,减少可调参数对闭环系统响应的影响,增强系统对未建模动态的鲁棒性,仿真结果表明:该控制器对确定性和非平稳随机扰动具有不变性,对系统时延和阶次变化具有鲁棒性,适用于非最小相位和开环不稳定系统。     

一种专家智能控制器的仿真研究

该文提出一种专家智能控制器（简称为ＥＩ控制器）．该控制器的参数可基于专家知识和过程参数的变化实时进行调整。仿真结果表明对于工业过程中的大纯滞后、非线性、变参数特性能获得较为满意的调节效果。     

自动化技术专题讲座(Ⅳ)──智能控制技术与应用

主要介绍智能控制的原理、结构、类型和应用。     

Stabilization of robot motion and contact force interaction for third-order motor dynamics

An approach to the synthesis of control laws stabilizing motion and force in contact tasks, based on the exponential stability of the closed-loop control system, is described. When using the synthesized control laws, simultaneous stabilization of both motion and force is achieved with a preset quality of the transient responses. The task is solved in a most general form, taking into account the constraints on robot control, its position and the force of interaction of the robot and the environment, and the external perturbations and inaccuracies of the measuring sensors, when the environment dynamics is being described by nonlinear second-order differential equation, and the robot dynamics includes the third-order equations of the robot actuators dynamics.     

专家PID控制在印染过程温度控制中的应用

对于具有较大时滞,非线性和时变性特点的打样机对象(它是印染行业中的一种小型设备),常规PID控制方法往往难以达到良好的控制效果.本文将专家控制器与常规PID控制器相结合,提出了一种智能控制器结构.试验表明,与常规PID控制器相比,该控制器的控制精度有了明显的提高.     

六自由度并联机器人分散鲁棒非线性控制

针对六自由度并联机器人动力学特点,提出了一种新型分散鲁棒非线性控制方法.与传统PD控制策略和已有分散鲁棒非线性控制方法相比,由于控制律中增加了广义误差的小数幂项,改进后的方法除保持原方法的优点外,还具有较强的终端收敛能力,能够保证跟踪误差以更快的速度全局一致收敛到一个更小的剩余集.通过选择合适的控制器参数,可使剩余集趋于0.运用Lyapunov方法分析了系统稳定性,给出了系统稳定性条件.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.     

Feedforward output-feedback control for continuous exothermic reactors with isotonic kinetics

The robust feedforward (FF) output-feedback (OF) control problem of (possibly open-loop unstable) continuous exothermic jacketed reactors with isotonic kinetics with respect to reactant concentration is considered. The volume, temperature, and concentration must be regulated by manipulating the feed, exit and coolant flowrates on the basis of volume and temperature measurements. The problem is addressed as an interlaced controller-observer design within a constructive control framework. The result is a quasi linear-decentralized (qLD) FF-OF dynamic controller which: (i) recovers (up to observer convergence) the behavior of a robust nonlinear FF-SF controller, (ii) has closed-loop stability conditions coupled with conventional-like tuning guidelines, and (iii) constitutes an add-on to the PI control scheme commonly employed in industrial reactors. The approach is tested with an open-loop unstable reactor example through simulations.     

Multivariable PID control by decoupling

This paper presents a new methodology to design multivariable proportional-integral-derivative (PID) controllers based on decoupling control. The method is presented for general n × n processes. In the design procedure, an ideal decoupling control with integral action is designed to minimise interactions. It depends on the desired open-loop processes that are specified according to realisability conditions and desired closed-loop performance specifications. These realisability conditions are stated and three common cases to define the open-loop processes are studied and proposed. Then, controller elements are approximated to PID structure. From a practical point of view, the wind-up problem is also considered and a new anti-wind-up scheme for multivariable PID controller is proposed. Comparisons with other works demonstrate the effectiveness of the methodology through the use of several simulation examples and an experimental lab process.