欠驱动水面船舶的曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动水面船舶的航迹跟踪控制面临着本质非线性、强耦合和无法线性化处理的控制等问题,首先通过对欠驱动水面船舶航迹控制系统的非线性模型.进行全局微分同胚和反馈变换,构造了由2个级联的子系统构成的航迹跟踪误差系统,然后基于反步法的设计原理,运用Lyapunov直接方法对变换后的误差系统设计了航迹跟踪控制律,该控制律可以实...     

多关节机器人的反步法控制及仿真研究

针对关节型机器人的轨迹跟踪控制问题,本文设计了基于反步法的控制器。利用反步法将复杂的非线性机器人系统分解成两个子系统,借助Lyapunov函数设计中间虚拟控制量,一直后推到整个系统,获取控制系统实际的控制律,同时利用积分环节将每个子系统串联起来,从而形成对整个系统的控制,并利用Lyapunov稳定性定理,证明了系统的稳定性。同时,以两自由度关节型机器人为研究对象,搭建仿真控制系统进行仿真分析。仿真结果表明,反步法控制不仅具有良好的动态和稳态性能,而且鲁棒性较强,说明该控制方法的轨迹跟踪控制有效可行。该研究具有良好的应用前景。     

具有参数不确定被动力伺服系统的反步控制

针对被动式力伺服系统的参数变化和多余力矩问题,在建立系统非线性模型的基础上,设计一种自适应反步控制器.并利用Lyapunov稳定性定理证明了设计控制器的稳定性.该控制器考虑了系统主要参数变化和承载系统的扰动,将系统方程重组成多个虚拟子系统,利用反步控制思想对每个虚拟系统设计虚拟控制量,通过反步递推得到含有参数变化与承载系统扰动的非线性控制器.仿真结果表明:与传统控制器相比,该自适应反步控制器能更好地抑制多余力矩,证明了所设计控制器的有效性.     

神经网络自抗扰全垫升气垫船航迹控制

针对全垫升气垫船与常规水面船相比,非线性强,可操纵性较差,设计了神经网络自抗扰航迹引导控制器及航向控制器,以提高其航迹控制效果.利用非线性跟踪微分器(TD)提取微分信号并安排过渡过程.利用扩张状态观测器(ESO)对系统内、外扰动进行观测,并进行扰动补偿.利用非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)提供精确控制量.为了提高自抗扰控制器( ADRC)的自适应性,利用递归网模型(RNM)对系统进行辨识,根据辨识信息对ADRC控制参数进行在线整定.仿真结果表明:在强扰动作用下,所设计航迹控制系统能够使全垫升气垫船精确地保持在计划航线上,具有自适应性强、超调量小、鲁棒性强等特点.     

基于微分平滑的欠驱动船舶航迹控制

对于欠驱动船舶水平面运动的直接航迹控制问题,由于其具有欠驱动和非线性的特点,不能采用静态反馈线性化的方法来处理．首先证明了欠驱动船舶航迹控制系统属于微分平滑系统,基于微分平滑系统中所有状态量均可表示为平滑输出及其导数的函数这一特点,在进行船舶航迹控制器设计时,采用直接动态反馈线性化的方法,建立模型的等价表达式,并将其解耦成为2个可控的线性系统,设计反馈控制律,使欠驱动水面船舶在外界干扰的情况下相对于预先设定的航迹,跟踪误差全局渐近镇定．该方法解除了以往轨迹跟踪控制律中要求角速度持续激励的假设条件．通过仿真试验验证了该方法的有效性。     

AUV的精确航迹跟踪系统的鲁棒控制

为了解决外界海洋环境干扰下水下无人航行器(AUV)的精确航迹跟踪控制问题,针对欠驱动AUV动力学运动模型不确定性,将三维航迹跟踪控制分解为水平面和垂直面跟踪控制问题,分别建立了AUV水平面和垂直面动力学模型,在设计模型时考虑了线性近似产生的误差、不确定性和外界干扰的影响,根据鲁棒H∞控制理论设计了航向控制器和纵倾控制器.仿真结果表明,系统存在外界海流情况下,AUV能够克服外界干扰海流的影响运动到设定航迹上,跟踪误差收敛于0,控制效果良好.文中所设计的鲁棒H∞控制器能够有效克服外界干扰的影响,较精确的实现了航迹跟踪.     

板球系统自适应解耦滑模控制

针对非线性板球系统中小球的镇定和跟踪控制问题,提出了一种采用结合系数的自适应解耦模糊滑模控制器设计方法。将板球系统分解成4个子系统,分别对每个子系统定义了滑模面,利用结合系数将滑模面结合,基于Lyapunov稳定性理论,构造了自适应模糊规则来调节滑模结合系数,从而实现了板球系统的稳定控制,并避免了复杂的计算。本文对所提出的控制方法进行了板球系统的仿真实验验证。仿真结果表明,此方法能够较好地实现非线性不确定系统的镇定控制和轨迹跟踪问题。     

应用滑动模态和时间尺度分离的航天器姿态控制

研究了基于时间尺度分离和滑动模态的航天器姿态控制问题.利用时间尺度分离的方法将航天器状态分成对应于姿态角的慢子系统和对应于姿态角速度的快子系统,从而构成内外两个控制回路,外回路跟踪给定的姿态角,内回路跟踪设计的姿态角速度.针对每个子系统分别设计PI型的滑动平面,在Lyapunov稳定性分析的基础上,推导出两个回路的变结构控制律.仿真结果证明了所提控制方法能够克服大幅值、高频率的外部干扰,比传统控制方法具有更高的精度和鲁棒性.     

不确定分数阶混沌系统的滑模投影同步

针对2阶不确定分数阶混沌系统的投影同步问题,提出基于滑模原理的同步控制方法.分数阶导数采用Caputo的定义.控制律由趋近控制和等价控制2部分组成.趋近控制采用指数趋近律,等价控制利用系统轨迹在滑模面上运动时滑模面的时间导数为零的条件得到.在控制器设计过程中,利用分数阶系统的Lyapunov理论分析滑模面的存在性,简化稳定性证明方法,得到了存在不确定性时分数阶系统达到同步的稳定性定理,实现了控制目标.通过对分数阶Duffing Holmes系统的完全状态投影同步的仿真,证明了该方法的有效性.     

飞翼无人机非线性控制设计方法

为实现飞翼无人机的机动飞行,以带有流体矢量方向舵的飞翼无人机为设计对象,采用非线性设计方法设计了控制器,并进行飞行验证.针对飞翼无人机的机动飞行控制存在各种耦合和扰动的特点,设计内环线性化解耦以消除已知不利的耦合项,外环反步跟踪方法进行航迹跟踪的控制律结构,证明了该控制结构的稳定性.同传统反步控制方法相比,该控制器增加了内环解耦结构,并在控制结构中保留气动阻尼项,使得线性化后的系统为弱非线性系统.该结构不仅可以降低外环控制器设计的保守性,而且便于工程实现.仿真和飞行试验表明,该控制方案是有效的.     

基于反馈增益反步法的非完整约束移动机器人路径跟踪控制

为实现非完整约束轮式机器人的路径跟踪控制,采用虚拟向导方法建立跟踪误差方程,基于李亚普诺夫稳定性理论,设计了一种基于反馈增益的反步法控制器,既能通过控制反馈增益的调节补偿机器人动态误差模型中的非线性项对系统的影响,又能避免传统反步法控制器中存在虚拟控制的高阶导数的问题。仿真结果表明:设计的控制器参数易于调节,可实现轮式移动机器人对任意曲线路径的精确跟踪。     

Backstepping Adaptive Controller of Electro-Hydraulic Servo System of Continuous Rotary Motor

In order to consider the influence of the continuous rotary motor electro-hydraulic servo system parameters change on its performance,the design method of backstepping adaptive controller is put forward.The mathematical model of electro-hydraulic servo system of continuous rotary motor is established,and the whole system is decomposed into several lower order subsystems,and the virtual control signal is designed for each subsystem from the final subsystem with motor angular displacement to the subsystem with system control input voltage. Based on Lyapunov method and the backstepping theory,an adaptive backstepping controller is designed with the changed parameters adaptive law. It is proved that the system reaches the global asymptotic stability,and the system tracking error asymptotically tends to zero. The simulation results show that the backstepping adaptive controller based on the adaptive law of the changed parameters can improve the performance of continuous rotary motor,and the proposed control strategy is feasible.     

基于backstepping方法的单元机组协调系统非线性控制

基于非线性backstepping方法,针对典型单元机组的机、炉协调系统非线性模型,引入虚拟控制变量,逐步构造出偏差信号的李雅普诺夫函数,设计出了综合非线性控制器。该控制器不仅保证了系统稳定性,而且能够实现跟踪误差收敛于零。仿真试验验证了这种非线性方法在协调系统控制器设计中是可行的。     

可重构机械臂分散自适应迭代学习控制

基于Lyapunov稳定性理论和Backstepping技术,提出了一种可重构机械臂分散自适应迭代学习控制方法。将可重构机械臂动力学系统描述为一个交联子系统的集合,基于Backstepping技术,给出自适应迭代学习控制方法。为了补偿系统模型不确定项和子系统之间交联项,采用自适应神经网络进行逼近。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。     

考虑输入饱和的高超声速飞行器反步法控制

为解决输入饱和、参数不确定和气动弹性影响下的高超声速飞行器控制问题,提出一种基于反步法的非线性鲁棒自适应控制方法.针对高超声速飞行器纵向通道控制问题,将其分解为速度子系统和高度子系统分别进行控制器设计.首先,基于Lyapunov稳定原理设计了参数估计自适应律来处理输入受限情况的速度跟踪控制问题,即使出现推力饱和也能保证系统稳定性;然后,采用自适应反步法对高度子系统进行分层递推设计,通过引入自适应律对不确定参数进行在线实时估计,以提高控制器的鲁棒性,并且实现了高度的稳定跟踪;同时利用微分跟踪器来获取虚拟控制指令导数;采用鸭翼与升降舵联动控制策略,通过选取合适的联动控制增益可以同时消除控制面与升力耦合带来的非最小相位特性和控制输入对一阶弹性模态的激励;最后,基于LaSalle不变集原理证明了闭环控制系统的稳定性.仿真结果表明,所设计的控制器能够有效处理弹性高超声速飞行器的气动参数不确定和控制饱和问题,并且具有良好的闭环跟踪性能.     

基于反步法的列车制动缸压力精确控制

针对重载列车电控空气（ECP）制动系统,提出基于反步法的制动缸压力精确控制方法. 通过等效连续化处理和线性化处理,建立具有严格反馈方式的ECP制动系统控制模型;引入已知上界的不确定项,采用指数趋近律的滑模变结构,实现系统局部鲁棒性;基于反步法设计控制律,构造误差变量以及 Lyapunov函数;引入一阶滤波器,解决控制律中存在的“微分项数爆炸”问题. 硬件在环试验结果表明：与传统控制器相比,基于反步法的制动缸压力控制器具有更高的控制精度,其稳态控制误差在±8 kPa内,且调压过程无明显超调;在控制器中引入控制死区,可以大幅降低AV/RV阀的动作次数,提高系统使用寿命.     

基于扰动观测器的时滞非线性系统的跟踪控制

研究了具有输入时滞和未知外部扰动的单输入单输出非线性系统的跟踪控制问题. 针对系统中未知扰动,设计了扰动观测器对其进行良好的监测,针对输入时滞问题,采用pade近似和增加中间变量的方法消除其带来的影响. 在系统具有未知外部扰动的情况下,利用反步法和扰动观测器的技术提出了鲁棒跟踪控制. 在基于扰动观测器的鲁棒跟踪控制下,通过李雅普诺夫分析,保证了闭环系统中所有信号的一致渐近收敛性. 最后通过一个仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

基于指令滤波的板球系统误差反步控制器研究

针对存在未知扰动条件下板球系统的轨迹跟踪控制精度不高的问题,研究了一种基于指令滤波的误差反步控制方法。首先,建立板球系统模型,引入二阶指令滤波器,滤除小球位置和速度状态变量的噪声干扰。其次,逐步选取李雅普诺夫函数,设计误差反步控制器,克服系统受到的外界干扰,实现对输入信号的渐进跟踪控制。最后,通过李雅普诺夫理论证明系统稳定性。仿真结果表明,该控制器能够有效抑制干扰,精确地完成轨迹跟踪任务。     

一类非仿射非线性大系统的结构在线扩展

研究一类非仿射非线性互联大系统的结构在线扩展问题。基于backstepping技术提出一种大系统在线结构扩展的自适应神经分散关联镇定控制方法。在原结构系统控制器保持不变的前提下,利用神经网络自适应技术设计新加入子系统的分散控制律和自适应律,将新加入子系统后原结构系统产生的互联部分放在新子系统的控制器中处理,从而获得新扩展子系统的自适应分散关联镇定控制器。该控制器可以保证新加入的闭环非仿射非线性子系统及整个扩展后的闭环大系统中所有信号是一致最终关联有界的。仿真结果验证了所提控制方法的有效性。