具有非线性不确定性的高超声速飞行器的 分布式鲁棒反步跟踪控制

本文针对具有外部干扰,参数摄动和非连续未知非线性气动影响的一般高超声速飞行器纵向动力学问题,设计了分布式鲁棒反步跟踪控制器.为了处理复杂的系统,将标准反步控制和信号补偿方法结合起来构成一个"简单"的鲁棒控制器.该方法不仅可以保证闭环系统半全局鲁棒跟踪性能,也可保证系统跟踪误差以期望的收敛速度收敛到期望的误差范围内.最后,带有非线性不确定性,外部干扰和参数扰动的仿真系统说明了该方法的有效性.     

永磁同步电机伺服系统高精度自适应鲁棒控制

针对具有参数和负载转矩不确定性以及其它不确定项的永磁同步电机(PMSM)伺服系统,利用非线性反步法设计了自适应鲁棒控制器.在系统模型中考虑了包含建模误差和外界干扰的其它不确定项,引入了鲁棒反馈控制,可以有效减小各种不确定性对系统性能的影响,实现了PMSM伺服系统高精度的位置跟踪.理论分析证明了位置跟踪误差按指数收敛.通过仿真验证了该方法比传统的自适应反步控制具有更好的鲁棒性和控制精度.     

干扰下的无人直升机自适应反步法鲁棒跟踪控制

针对无人直升机干扰下的鲁棒轨迹跟踪问题,设计了一种自适应反步控制方法.鉴于作用在直升机上的干扰是产生跟踪误差的主要原因,该方法的主要思想是寻求一种方法来补偿这种干扰.首先,将未建模动态如外部阵风干扰、配平误差、机身、垂尾、平尾以及其他可忽略的动态产生的力和力矩看成一种组合干扰,从而建立了一个方便反步法控制器设计的简化模型.当设计好反步法控制器后,设计了一个非线性自适应律来估计这种组合干扰,并通过将干扰估计值整合到反步控制器中,使得闭环跟踪系统的鲁棒稳定性得到了保证,即基于李雅普诺夫稳定性理论证明了所设的控制器对于干扰主动阻隔,特别是低频干扰的主动阻隔是有效的.最后,两个仿真研究验证了该方法是优于常规反步法和积分反步法的.     

基于干扰观测器的高超音速飞行器鲁棒反步控制

针对高超音速飞行器严格反馈不确定非线性MIMO系统,提出一种基于干扰观测器的鲁棒反步控制方法。该方法采用超扭曲算法设计干扰观测器以估计系统复合干扰,观测误差有限时间收敛。设计非线性反步控制律,引入鲁棒项使得系统满足干扰到性能输出的L2增益不超过设定的正实数,满足耗散不等式,使闭环系统跟踪误差一致最终有界稳定。仿真结果表明,所设计的控制律可以有效抑制系统复合干扰的影响,设计方法可行。     

四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制

 四旋翼无人机的姿态控制是自主飞行控制的核心,针对四旋翼姿态易受外界环境干扰和内部参数摄动等不确定性影响的问题,设计了一种鲁棒自适应反步控制器,以提高四旋翼的鲁棒性。建立了四旋翼完整的姿态运动模型,并将其转化为含有广义不确定性的多输入多输出非线性系统。根据该系统满足严格反馈的结构特点,设计了反步控制器; 针对系统中存在的外部干扰和内部参数摄动等不确定性,引入了一类鲁棒自适应函数来抵消该不确定性对系统的影响; 采用非线性跟踪微分器估计虚拟控制量的微分信号,减小了反步控制器设计中普遍存在的“计算膨胀”问题; 通过构造Lyapunov 函数证明闭环系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的控制效果和鲁棒性。     

具有输入齿隙的一类非线性不确定系统自适应鲁棒控制

针对一类具有未知输入齿隙、参数不确定以及未建模动态和干扰的非线性系统,设计了自适应鲁棒控制器.将齿隙非线性模型等价表示为具有有界建模误差的全局线性化模型,在此基础上设计了包含自适应模型补偿、反馈稳定和鲁棒反馈3部分的自适应鲁棒控制器,并给出了系统动态跟踪误差和稳态误差指标.理论分析证明,闭环控制系统信号有界且跟踪误差在任意期望的精度范围内,仿真研究验证了所提出方法的有效性.     

飞行模拟转台非线性干扰观测器反步滑模控制器设计

本文针对考虑不确定性的飞行模拟转台伺服系统,提出了一种基于非线性干扰观测器的反步全局滑模补偿控制方法。该方法采用反步控制方法设计转速期望虚拟控制,然后利用非线性干扰观测器观测系统不确定干扰,进而对引入非线性干扰观测器的系统设计自适应全局滑模控制器,实现了飞行模拟转台伺服系统期望转角信号的鲁棒跟踪控制,仿真结果表明,该方法控制效果良好,具有很好的工程应用价值。     

直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制器的优化设计

对永磁直线电动机伺服系统提出了非线性自适应鲁棒控制器的优化设计方法.在系统非线性数学模型的基础上,建立了误差系统的动态模型.将跟踪和干扰抑制归结为非线性自适应鲁棒控制器的设计问题,通过构造存储函数得到自适应鲁棒控制器的定理,以及电阻和电感的辨识算法.证明了定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统渐近稳定,并用遗传算法对控制器的参数进行优化.仿真结果验证了该方法是有效的.     

基于非线性干扰观测器的翼伞鲁棒反步跟踪控制

针对干扰条件下的无人翼伞飞行器路径跟踪控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的反馈增益鲁棒反步控制方法.采用二阶跟踪-微分器设计干扰观测器对系统复合干扰进行估计和补偿,设计了反馈增益反步跟踪控制律,通过合理设计增益参数,消除了部分复杂非线性项,避免了虚拟量高阶导数问题,简化了控制器形式.根据Lyapunov理论设计鲁棒反馈补偿项,在保证稳定性的同时提高了系统的鲁棒性.仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.     

船舶航向非线性系统鲁棒跟踪控制

对船舶航向非线性系统, 提出了一种基于神经网络方法的鲁棒跟踪控制器. 系统由船舶运动非线性响应模型和舵机伺服系统串联构成, 其中运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰力等非匹配不确定性. 对建模误差和期望舵角的一阶导数项应用在线二层神经网络予以辨识和补偿, 不确定性干扰项处理应用L2增益设计. 采用Lyapunov函数递推法, 得到包括神经网络权值算法在内的跟踪控制器. 跟踪误差和神经网络权值误差的一致终值有界性保证了系统的鲁棒稳定性, 合理的控制器参数选择保证了控制精度. 仿真结果验证了控制器的有效性.     

一类非线性系统的误差轨迹跟踪鲁棒学习控制算法

针对一类含非参数不确定性的非线性系统,提出一种鲁棒迭代学习控制算法,该算法放宽了常规迭代学习控制方法的初始定位条件,迭代初值可任意取值.基于类Lyapunov方法设计误差轨迹跟踪控制器,通过鲁棒限幅学习机制对不确定性进行估计和补偿,能够在整个作业区间上实现误差对给定期望误差轨迹的精确跟踪,期望误差轨迹根据迭代起始时刻的误差值设置.利用期望误差轨迹的衰减性状,可使系统误差在预设的时间点后收敛于原点的邻域内,邻域半径的大小可根据需要任意设置.理论分析和仿真结果表明了控制方法的有效性.     

直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制器优化设计的研究

对永磁直线电动机伺服系统提出非线性自适应鲁棒控制器的优化设计方法。在永磁直线伺服系统非线性数学模型的基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型。将跟踪和干扰抑制归结为非线性自适应鲁棒控制器设计问题,通过构造存储函数得到自适应鲁棒控制器的定理,以及电阻和电感的辨识算法。证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐近稳定。最后,用遗传算法对控制器的参数进行优化。仿真结果表明,用该方法设计的系统能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能数控机床永磁直线伺服系统控制的要求.     

基于模型参考的鲁棒自适应控制

针对一类具有未知参数、未建模动态和外界干扰的不确定非线性系统,选择适当的参数对这些不确定性进行估值、补偿和模型参考,利用Backstepping方法,设计了一种新的鲁棒自适应控制器。该控制器能保证闭环系统的所有信号是全局有界的,跟踪误差收敛到一个小的残差集内。仿真结果表明该方法的有效性。     

控制方向未知的时变非线性系统鲁棒控制

针对一类具有未知时变控制方向、不确定时变参数以及未知时变有界干扰的严反馈非线性系统,给出一种带有死区修正算法的鲁棒控制方法.在控制系数符号未知的情况下,通过在反步法中引入Nussbaum增益和死区修正技术,得到一种修正的鲁棒反步设计方法.该方法不需要未知时变控制系数的上下界先验知识以及不确定参数和外界干扰的上界信息.算法保证了闭环系统所有信号的有界性,同时使得跟踪误差收敛于零的任意小邻域内.     

基于Backstepping 的非仿射非线性系统鲁棒控制

针对一类不确定非仿射非线性系统的跟踪控制问题, 提出一种鲁棒Backstepping 控制策略. 首先, 为利用仿 射非线性方法设计控制器, 给出一种适用于全局的非仿射非线性近似方法; 然后, 设计快速收敛非线性微分器以估计复合干扰和获取虚拟信号的微分, 进而给出不确定非仿射非线性系统的复合控制器, 其中鲁棒项和阻尼项分别用于减少逼近误差和近似方法中动态误差对系统跟踪的影响; 最后, 通过仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

基于自组织小波小脑模型关节控制器的不确定非线性系统鲁棒自适应终端滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以良好的跟踪性能及强鲁棒性为目标,提出基于自组织小脑模型(self-organizing wavelet cerebellar model articulation controller,SOWCMAC)的鲁棒自适应积分末端(terminal)滑模控制策略.首先,将小脑模型、自组织神经网络和小波函数各自优势相结合,给出一种SOWCMAC,以保证干扰估计方法具有快速学习能力和更好的泛化能力.其次,设计两种改进的terminal滑模面构造方法,并分别给出各自的收敛时间.然后,基于SOWCMAC和改进的积分terminal滑模面,给出不确定非线性系统鲁棒自适应非奇异terminal控制器的设计过程,其中通过构造自适应鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,并利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性.最后,将该方法应用于近空间飞行器姿态的控制仿真实验,结果表明所提出方法有效性.     

基于反步法的直流电机鲁棒速度跟踪控制

为实现具有电枢反应非线性和参数不确定性的直流电机速度跟踪控制,采用自适应反步法,设计了鲁棒自适应速度跟踪控制器.首先推导了电机的非线性动态模型并考虑了电机转动惯量及负载转矩的不确定性,然后经非线性变换并利用线性参考模型导出了系统的误差动态方程,基于自适应反步法设计了鲁棒速度跟踪控制器,最后时其稳定性进行了分析证明.     

不确定性R¨ossler 系统的自适应鲁棒跟踪控制

研究具有外部不确定性R¨ossler 混沌系统的鲁棒跟踪控制问题. 基于动态面控制原理设计自适应鲁棒控制器, 给出了系统参数的自适应更新律, 使得被控闭环系统的各误差变量一致有界. 系统输出曲线渐近跟踪任意期望轨道, 且跟踪误差能被控制在任意小的范围内, 而无须知道系统的参数及外部不确定性的界限. 基于稳定理论给出了具体的稳定性分析, 并通过数值仿真验证了该方法的有效性及鲁棒性.

     

基于神经网络干扰观测器的一类不确定非线性MIMO系统H_∞跟踪控制

针对一类具有未知外部干扰及内部不确定性的非线性MIMO系统,提出了基于神经网络干扰观测器的鲁棒跟踪控制方法,用于降低控制器对干扰的要求.设计了基于神经网络的干扰观测器,以逼近由外部干扰、内部不确定性和子系统的交叉耦合组成的复合干扰.根据Lyapunov稳定性理论的参数更新律及所设计的控制器,保证了系统中所有信号的最终一致有界性,并获得了给定的跟踪性能指标.仿真结果证明了该方法的有效性.     

基于不确定逼近的机械手间接自适应鲁棒预测控制

为了使机械手系统在含有模型不确定项时具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰能力,提出了一种间接自适应鲁棒预测控制。首先,针对机械手模型设计出非线性鲁棒预测控制器;然后,基于三次样条函数逼近控制律中因模型不确定性产生的未知项,并在控制律中引入一个D-控制项抑制外部干扰。理论证明了所设计的控制器能够使跟踪误差收敛到原点。仿真验证了所提方法的有效性。