基于最大反馈线性化的TORA系统非奇异镇定控制

针对TORA系统的镇定控制问题,提出一种基于最大反馈线性化的非奇异控制器设计方案.应用拉格朗日方程建立TORA系统的数学模型,采用微分代数方法计算TORA系统中具有最大相对阶的虚拟输出函数,以此为基础通过反馈线性化将TORA的数学模型转化为具有稳定内动态的三阶线性系统,采用极点配置方案为TORA系统设计镇定控制器.为了解决控制律中存在的奇异值问题,采用梯度动力学方法对控制器进行调整.最后通过仿真分析验证基于最大反馈线性化的控制方案的有效性.     

基于自适应动态规划的一类带有时滞的离散时间非线性系统的最优控制策略

针对一类状态和控制变量均带有时滞的非线性系统的带有二次性能指标函数最优控制问题, 本文提出了一种基于新的迭代自适应动态规划算法的最优控制方案. 通过引进时滞矩阵函数, 应用动态规划理论, 本文获得了最优控制的显式表达式, 然后通过自适应评判技术获得最优控制量. 本文给出了收敛性证明以保证性能指标函数收敛到最优. 为了实现所提出的算法, 本文采用神经网络近似性能指标函数、计算最优控制策略、求解时滞矩阵函数、以及给非线性系统建模. 最后本文给出了两个仿真例子说明所提出的最优策略的有效性.     

基于状态反馈精确线性化的三相四桥臂逆变器的控制

根据三相四桥臂逆变器的工作原理,应用开关函数建立了控制系统数学模型,引入开关周期平均算子将离散的系统转化为连续系统.根据系统的主要控制目标选取状态变量、输入变量和输出变量,得到适合于微分几何方法的3输入3输出的仿射非线性系统模型.根据非线性微分几何理论,从理论上证明了该模型满足多输入、多输出系统精确线性化的条件,推导出非线性状态反馈控制律.对非线性坐标变换后得到的线性系统,利用二次型最优控制策略时,根据无源性控制方法的思想,提出一种闭环系统能量函数,并推导出权矩阵的参数形式.将最优化得到的控制律进行逆变换来实现原系统的优化控制设计.仿真结果验证了该方法的有效性和正确性.     

基于输出反馈的欠驱动TORA系统的有界输入控制

针对欠驱动TORA(Translational oscillations with a rotational actuator)系统,设计了一种具有执行器饱和约束的输出反馈等[7]特别地,由Rand学者提出的TORA系统,最初控制器.与其他现有方法相比,本文方法不仅考虑了执行器饱和约束和作为双自旋航天器的简化模型用于研究自振现象.后来由于速度信号不可测情形,而且考虑了旋转小球可能存在的循环行为.具体而TORA系统具有强耦合、高度非线性、欠驱动等特性,而被言,首先根据TORA系统模型分析了TORA系统的控制目标;随后,作为一种非线性基准系统主要用于非线性控制器设计、验证构造了一种新颖的能量函数,在此基础上设计了一种考虑执行器饱和约非线性控制算法的控制性能或教学研究.目前国内外已有多束的输出反馈控制器,并通过严格的数学分析证明了闭环系统关于平衡点的稳定性;最后,借助数值仿真测试检验了所提控制器的控制性能,并所高校和研究机构针对TORA系统的控制问题展开研究.对与已有方法进行了对比.仿真测试结果表明本文所提方法具有更好的控法制性能.     

一类离散非线性不确定互联系统的模糊分散控制

利用模糊控制方法研究一类离散非线性互联系统的分散控制问题.首先采用模糊(T-S)模型对离散非线性不确定互联系统进行模糊建模,应用并行分布补偿算法(PDC)给出状态反馈分散模糊控制方案,并基于李亚普诺夫函数方法证明了闭环系统的稳定性.然后当系统的状态不完全可测时,设计模糊分散观测器来估计各子系统的状态,从而给出基于观测器的状态反馈分散模糊控制设计的方法.因为该分散模糊控制设计问题是以线性矩阵不等式的形式给出,所以很容易用凸优化方法求解.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

基于生物启发模型的欠驱动水平TORA系统的有界输入镇定控制

针对欠驱动水平TORA(translational oscillators with rotating actuator)系统,提出一种基于生物启发模型的有界输入控制方法,实现系统在执行器存在饱和约束情况下的镇定控制.首先,根据水平TORA系统的动力学模型分析系统的无源特性,进而给出系统的控制目标;接着,基于无源特性构造一种新颖的Lyapunov函数,在此基础上设计一种结构简单的非线性状态反馈控制器;然后,考虑执行器的饱和约束条件,引入受生物启发建立的神经动力学模型,利用该模型的有界平滑输出特性,设计一种改进的状态反馈控制器;最后,根据LaSalle不变性原理对系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.与其他方法相比,所提方法不仅考虑了执行器的饱和约束问题,而且设计的控制算法简单高效,易于工程实现.仿真与对比结果表明,所提方法具有更好的控制性能.     

状态反馈精确线性化在电液伺服位置控制系统中的应用研究

电液伺服系统是一种非线性系统。本文对采用状态反馈精确线性化方法来控制电液伺服系统的可行性进行了分析,根据该电液伺服位置控制系统的组成和工作原理建立了数学模型,并基于状态反馈精确线性化理论结合最优控制原理进行了系统设计与仿真。仿真结果表明,采用状态反馈精确线性化方法和最优控制理论,可使该电液伺服位置系统具有较好的位移跟踪线性度和较高的稳态精度。     

非线性时变时延系统的模糊采样最优控制

针对非线性时变时延系统,采用输入时延和自由权重矩阵方法研究模糊采样最优控制问题.应用T-S模糊系统表征非线性系统,控制器是零阶保持采样信号.由线性矩阵不等式给出最优控制准则,所设计的模糊采样控制器在闭环系统渐近稳定意义下可保证期望最优控制性能.最后,通过卡车拖车系统实验验证模糊采样控制设计方案的可行性.     

线性二次型最优控制在倒立摆系统中的实现

线性二次型最优控制是一类以线性系统为被控对象，以二次型泛函指标为性能指标的最优控制问题，由于特殊的指标形式和系统对象的线性性质，使所讨论的带有等式约束的动态优化问题可以获得基于Riccati方程表达的线性状态反馈，文中给出了一种利用线性二次最优控制理论实现小车倒立摆平面运动的控制方法，并在此基础上建立了相应的数学模型，同时，利用MATLAB工具进行了计算机仿真，仿真结果表明，该方案可以得到较为满意的结果。     

基于α阶逆的大时滞非线性动态矩阵控制

针对一类大时滞非线性系统,提出了基于α阶逆的动态矩阵控制新方法.该方法采用BP神经网络辨识逼近原非线性系统的α阶逆系统,并与原系统串联复合组成伪线性系统;采用基于线性系统的动态矩阵预测控制方法设计系统附加控制器.在系统存在建模误差、存在扰动和模型参数发生较大变化等情况下,采用该控制方法依然具有很好的动、静态性能和很强的鲁棒性.给出了详细的设计原理和步骤,并通过大量的仿真分析与已有的大时滞非线性系统内模控制研究结果进行了比较:内模控制依赖于系统模型,当模型出现严重失配的情况下,系统性能变坏,而采用提出的方法则不依赖系统精确的数学模型,计算量小,简化了非线性系统的设计;研究与仿真结果证明了所提控制方法的有效性.     

PS转炉造渣过程的动态优化控制

建立了Pierce-Smith(PS)转炉造渣过程的非线性状态空问模型,并提出了基于生产质量指标反馈校正的铜锍造渣过程的动态优化控制方案.该方案首先基于最优模型求得最优控制律.为消除吹炼过程中的扰动以及其他不确定因素所带来的影响,再引入基于生产质量指标的反馈调整机制.其中反馈信息由软测量模犁根据进出转炉的物料计算得到,智能控制单元根据反馈的质量信息和期望的质量目标间的偏差对最优控制律进行补偿修正.并在该动态优化控制方案基础上,设计并开发了铜锍吹炼过程的优化控制指导决策系统.实际运行结果表明该系统优化了产品的质量,同时也实现了铜锍生产过程的节能.     

基于实时仿真平台直升机系统控制策略研究

直升机飞行控制系统属于典型的多输入-多输出系统,本身具有非线性特性,是控制系统工程中较为复杂的被控对象,设计有效的低成本的直升机的飞行控制系统日益受到重视.本文设计了一种新型的直升机实时仿真系统,利用加拿大Quanser公司开发的三自由度运动仿真平台,基于Matlab的实时工作间进行了飞行控制系统的设计,通过代码自动生成环境产生实时仿真代码,进行仿真实验.本文介绍了系统的组成,建立了系统的数学模型,设计了系统的控制器,并对最优控制策略进行了研究.控制器在传统PID控制方案的基础上采用LQR控制方案.最后经仿真验证可知,LQR控制器可以实现最优控制,该系统控制效果较好.     

基于观测器的非线性系统H_∞模糊可靠控制

研究了基于观测器的非线性系统H∞模糊可靠控制问题.采用T-S模糊模型对非线性系统进行建模,用模糊观测器重构系统状态.在系统发生故障时满足给定H∞性能的约束下.最小化正常情况下的H∞性能,实现次优H∞模糊可靠控制.提出了两种应用线性矩阵不等式(LMI)的H∞模糊可靠控制器设计方法.分别采用两步法和相似变换法将双线性矩阵不等式问题转化为LMI问题.仿真示例验证了所提出方法的有效性.     

单级旋转倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的单级旋转倒立摆系统,采用拉格朗日方法推导单级旋转倒立摆系统的数学模型,并在平衡点附近进行线性化处理,分析了系统的性能.分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法对旋转倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验研究.实验分析表明这两种控制方案可行,且效果良好.     

具有多个时滞的积分时滞系统的稳定性分析

首先,针对具有多个时滞的积分时滞系统,建立新的基于线性矩阵不等式的稳定性条件.该条件与正整数k有关,给出$k=1$时该条件与现有结果间的关系.该关系表明所提出条件在$k\geqslant2$时的保守性比现有结果小;然后,基于所提出的稳定性条件,进一步研究具有参数不确定性的积分时滞系统的鲁棒稳定性问题,建立基于线性矩阵不等式的充分条件;最后,利用所提出方法,研究具有多个离散时滞和分布时滞的积分时滞系统的稳定性问题.数值算例结果表明了所提出稳定性判据的有效性.     

一类控制受约束非线性系统的基于单网络贪婪迭代DHP算法的近似最优镇定

提出一种贪婪迭代DHP (Dual heuristic programming)算法, 解决了一类控制受约束非线性系统的近似最优镇定问题. 针对系统的控制约束, 首先引入一个非二次泛函把约束问题转换为无约束问题, 然后基于协状态函数提出一种贪婪迭代DHP算法以求解系统的HJB (Hamilton-Jacobi-Bellman)方程. 在算法的每个迭代步, 利用一个神经网络来近似系统的协状态函数, 而后根据协状态函数直接计算系统的最优控制策略, 从而消除了常规近似动态规划方法中的控制网络. 最后通过两个仿真例子证明了本文提出的最优控制方案的有效性和可行性.     

时滞离散系统的非线性准滑模鲁棒控制

针对一类变时滞离散系统,基于一种新型的非线性时变准滑模面设计方案,研究了系统的鲁棒滑模控制问题.首先,给出了该种非线性切换函数的一般形式,该类准滑模面具有时变的特征,且能够动态地改善系统的运动品质.利用自由权矩阵与线性矩阵不等式技术,给出了该类时滞离散系统非线性准滑模面的设计方法,并得到了稳定的非线性准滑模面存在的充分条件;其次,基于一种改进的离散趋近律方法,设计了相应的准滑模控制器,以保证系统的状态在有限时间内到达准滑模,从而将此类非线性系统的滑模变结构控制的分析与综合问题推广到了时滞非线性系统.最后,仿真结果表明,在本文所设计的准滑模面与准滑模变结构控制器的作用下,系统的状态是稳定的,且具有响应速度快、超调量小、调节时间较小等优点,从而说明了本文所设计方法的有效性.     

非线性变参数无人船艏向$H_infty$鲁棒控制

针对水流冲击引起无人船(unmanned surface vehicle,USV)转艏呈现非线性特点,建立基于转艏运动的非线性变参数(nonlinear parameter-varying,NPV)USV模型,并提出一种NPV $H_\infty$ 艏向控制方法,以提高艏向调节的快速性和鲁棒性.首先,考虑低展弦比机翼理论能较好地描述船体受水流冲击的特点,建立基于水动力阻尼的非线性Fossen模型.通过忽略横荡速度和横流阻力将动力学模型简化为操纵动力学模型,并引入艏向角,建立NPV艏向模型.其次,构造与艏向控制系统状态和纵荡速度变参相关的Lyapunov函数,推导出满足艏向闭环控制系统$H_\infty$鲁棒稳定的非线性控制器求解条件,该条件是一个非线性矩阵不等式(nonlinear matrix inequality,NLMI).由于NLMI难以求解,根据平方和(sums of squares,SOS)理论,用多项式矩阵代替NLMI中的非线性矩阵,并将NLMI 转化为可使用SOS工具求解的多项式线性矩阵不等式.仿真结果表明,NPV $H_\infty$控制器在艏向调节时具有较快的系统响应和更高的准确性.     

含状态和输入时滞的离散时间系统的近似最优跟踪控制

针对状 态和控制输入均含有时滞的离散时间系统, 提出最优跟踪控制的设计方法. 通 过引入一种新的状态向量, 将含有状态和控制输入时滞的离散时间系统转化为 含有虚拟扰动项的无时滞离散时间系统. 根据最优控制理论, 构造离散Riccati矩阵方 程和离散Stein矩阵方程的序列, 并证明该解序列一致收敛于变换后的离散时间系统的最优跟 踪控制策略. 利用最优控制的逐次逼近设计方法, 得到最优跟踪控制的近似 解, 并给出求解最优跟踪控制律的算法. 仿真算例表明了所提出最优跟踪控制 方法的有效性.     

旋转二级倒立摆的二次型最优控制研究

针对多变量、非线性和强耦合的旋转二级倒立摆系统,采用分析力学理论分析旋转二级倒立摆系统的结构,建立了旋转二级倒立摆系统的数学模型状态空间方程,分析了系统的稳定性和可控性.将系统的状态空间方程在平衡点附近进行线性化处理,分别采用线性二次型最优控制策略LQR及LQY方法对旋转二级倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验研究.对控制结果进行了详细分析研究,对于实现其他不稳定系统的控制,有着一定的借鉴价值.