具有未知负载扰动的水井钻机电液伺服系统无模型自适应控制

针对电液伺服系统在水井钻机推进工况下存在的参数不确定以及未知负载扰动突变等非线性因素,提出了基于径向基(RBF)神经网络扰动观测器的无模型自适应控制方法.首先,通过改进的无模型自适应控制动态线性化方法,将被控系统线性化为与输入输出相关的增量形式,并将未知负载扰动合并到一个非线性项中;然后,设计了径向基神经网络扰动观测器对含有未知负载扰动的非线性项进行估计,作为对未知扰动的补偿;最后,设计了时变参数估计律,通过在线调整伪偏导数,给出了电液伺服系统的控制更新律.仿真结果表明,所设计的控制器能够对未知负载扰动突变进行补偿,并能确保跟踪误差有界收敛.     

基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制

针对一类带扰动有限时间内重复运行的离散时间非线性非仿射不确定系统,本文提出了一种基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制方法.首先,提出了改进的迭代动态线性化方法,将被控系统线性化为与控制输入有关的仿射形式,并将不确定性合并到一个非线性项中;然后,设计了迭代扩张状态观测器对非线性不确定项进行估计,作为对扰动的补偿;最后,设计了性能指标函数,通过最优技术,提出了参数迭代更新律和最优学习控制律.本文通过数学分析,证明了跟踪误差的有界收敛性.仿真结果验证了方法的有效性.所提出的新型迭代动态线性化方法可很大程度上降低线性化后的控制增益的动态复杂性,使其易于估计.所提出的迭代扩张状态观测器可以在重复中学习,对非重复扰动可进行有效的估计.此外,本文控制器的设计与分析是数据驱动的控制方法,除了被控系统的输入输出数据以外,不需要任何其他模型信息.     

电液伺服系统的多滑模鲁棒自适应控制

针对一类参数与外负载非匹配不确定的非线性高阶系统,提出了一种基于逐步递推方法的多滑模鲁棒自适应控制策略.应用逐步递推的多滑模控制方法简化了高阶系统的控制问题,同时在自适应控制中加入鲁棒控制的方法,以消除不确定性对控制性能的影响.首先利用逐步递推方法与状态反馈精确线性化理论,得出确定系统的多滑模控制器设计方法;然后基于Lyapunov稳定性分析方法,给出不确定系统的参数自适应律,及鲁棒自适应控制器的设计方法.本文把该控制策略应用到电液伺服系统的位置跟踪控制中,仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪效果.     

基于非线性参数的电液伺服系统滑模控制

针对在电液伺服系统跟踪控制中存在非线性不确定参数和外界扰动的问题,提出了一种基于积分微分器的滑模Lyapunov函数的控制方法。首先,在只有位移信号测量输出的情况下,采用高阶积分链式微分器对其速度和加速度信息进行预估。系统存在非线性不确定参数,利用微分器对状态和不确定项的实时估计,设计出积分滑模控制器,实现自适应规律以及对电液伺服系统中不确定扰动的抑制。搭建电液伺服系统AMESim模型并与Matlab构成联合仿真平台,对控制器进行仿真。仿真表明,该控制器具有良好的对非线性不确定参数变化的补偿能力和跟踪性能。     

具有非线性不确定参数的电液伺服系统自适应backstepping控制

针对电液伺服系统中存在非线性不确定参数的问题,提出了一种采用积分型Lyapunov函数的自适应backstepping控制方法.首先定义积分型Lyapunov函数,将电液伺服系统中的非线性不确定参数转化为线性表示;然后逐步递推设计backstepping控制器,同时在控制律中加入阻尼项,从而补偿外界干扰对控制性能的影响;基于Lyapunov稳定性方法,设计了参数自适应律,并且在自适应律中引入充分光滑投影算子,实现对电液伺服系统中不确定参数漂移的抑制作用.搭建了AMESim与MATLAB的联合仿真平台,对所设计的自适应backstepping控制器进行仿真,作为对比,设计了不带有非线性参数估计的自适应backstepping控制器和PID算法.仿真表明,本文所设计的控制器具有良好的跟踪性能和补偿非线性不确定参数变化的能力.     

不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统, 提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法. 首先, 利 用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统, 然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器. 提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度, 其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上, 用来 估计系统的状态和总和扰动, 动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律, 系统动态位于最慢的 时间尺度上. 利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能. 提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增 益不确定的仿射非线性系统. 仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.     

电液伺服系统多项式非线性建模与控制一体化设计

常规电液伺服系统PID控制无法克服非线性因素影响,存在跟踪准确性和鲁棒性问题.因此,本文提出电液伺服系统多项式非线性H_∞控制律设计方法,改进电液伺服系统的控制性能与鲁棒性.首先利用多项式非线性模型对电液伺服系统进行系统辨识,得到以误差作为状态变量的多项式非线性模型;然后设计多项式非线性控制律,证明所提出控制律可以保证系统从干扰至控制输出L₂增益小于等于设定值,并且在系统干扰为零时保证误差全局渐进收敛,同时给出了控制律的求解方法.最后对提出的控制律进行实验验证.实验结果表明:相较于常规PID控制,多项式非线性控制律能够改善实验台伺服缸控制过程的瞬态响应,具有更好的抗干扰能力.本文提出的设计方法为非线性H_∞控制在电液伺服系统控制领域的实际应用提供了可行方案.     

采用扰动估计的气动人工肌肉系统非线性控制

气动人工肌肉系统凭借其材质轻便、输出力大及柔顺性好等优势, 其运动控制研究近年来逐渐成为热点问题. 然而, 气动人工肌肉(pneumatic artificial muscle, PAM)系统所固有的特性(如迟滞、蠕变、非线性时变等), 为其控制方法设计与实现带来了挑战. 考虑到实际工作过程中, 系统往往遭受未知干扰的影响, 本文针对气动人工肌肉系统, 提出了一种基于干扰估计的非线性控制策略, 可在系统存在持续不确定干扰的情况下, 在线进行扰动抑制, 实现精确的跟踪控制. 具体而言, 本文先通过模型变换, 将系统不确定性、未建模动态、外部扰动等处理成集总扰动的形式. 随后, 结合自适应更新律及正则化最小二乘算法, 在线估计未知系统参数及扰动; 在精确扰动代数估计的基础上, 通过所提基于干扰估计的非线性控制器, 消除未知扰动对系统造成的影响, 并确保跟踪误差收敛至零. 此外, 经稳定性分析证明了跟踪误差的渐近收敛性. 最后, 通过硬件实验验证了本文方法的有效性及鲁棒性.     

输入受限的非仿射无人帆船航向系统自适应动态面控制

针对输入受限和控制方向未知的无人帆船航向控制问题,考虑系统模型存在动态不确定和未知外界扰动的情况,本文提出一种基于非仿射航向运动数学模型的最小参数自适应递归滑模动态面控制策略.该策略通过Taylor展开方法将非仿射模型转化为具有线性结构的仿射时变系统,采用最小参数学习(minimal learning parameter,MLP)神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,并利用双曲正切函数处理控制输入饱和现象,引入Nussbaum函数处理系统中未知控制方向问题,同时综合考虑帆船艏摇角速度误差和航向误差之间关系设计递归滑模动态面舵角控制律,并设计参数自适应律对神经网络逼近误差与复合干扰总和的界进行估计.选取李雅普诺夫函数证明了所设计控制器能够保证航向闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘12 m无人帆船进行仿真验证,结果表明无人帆船航向控制响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性.     

非对称输入饱和下的非仿射不确定系统自抗扰反演控制

针对一类具有内部动态和外部扰动未知以及非对称输入饱和约束的非仿射系统,提出一种自抗扰反演控制方法.首先基于自抗扰控制思想,通过直接从非仿射项中提取线性控制项,将非仿射系统转化为仿射非线性形式.在此基础上, 在每一步反演控制器设计中,引入扩张状态观测器对系统总的不确定项进行估计,引入跟踪微分器解决虚拟导数的“计算膨胀”问题.在设计真实控制律时,利用双曲正切函数设计一种辅助补偿系统,用来处理输入饱和引起的控制量偏差.基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号有界且跟踪误差可渐近收敛到原点的任意小邻域内.仿真比较结果验证了所提出方法的有效性,体现了一定的工程应用价值.     

自适应与迭代学习复合控制的电液位置系统的研究

电液伺服系统具有高阶性、非线性、时变性的特点,而且运行过程中还将受到温度变化等因素的干扰,所以常规的PID控制方法难以取得令人满意的效果。为了使电液伺服系统拥有较好的控制效果,提出一种将自适应与迭代学习控制相结合的控制策略,应用于电液伺服系统的位置控制中。应用位置作为反馈,采用开闭环PI的控制策略,以及自校正的控制原理设计控制器,最后运用MATLAB来对其进行仿真。仿真结果表明,该控制策略能够提高系统的控制精度,提升系统的响应速度,提高其收敛与鲁棒性能。     

电液伺服位置系统的变结构自适应鲁棒控制

该文建立了电液伺服位置系统的带有时变参数和非线性特性的三阶模型。在此基础上。基于滑模控制理论，对其设计了一种具有参数自适应能力的自适应滑模变结构控制器。从初始状态到达滑模面这段运动时间内和在滑模面上运动时，依赖于一个时间函数使系统在两个不同的控制律之间进行切换，以满足不同运动阶段的要求。此外在应用变结构控制的同时，通过参数自适应来消除系统不确定性对控制性能的影响，进而增加了系统的鲁棒性。然后基于李亚普诺夫稳定性理论证明了所设计系统的渐近稳定性。最后将此方法应用于冷轧机电液伺服位置系统进行仿真，结果表明这种针对不同运动阶段的特点所设计的控制器满足了变结构控制的可达条件，达到了减小系统到达滑模面的时间和削弱抖振的目的。与传统的变结构控制对比。该文所设计的控制器在减小响应时间、抑止超调和提高鲁棒性方面都具有先进性。     

自抗扰控制对边界带有干扰的非线性sine-Gordon方程的镇定

本文讨论边界具有内部不确定和外部扰动的非线性sine-Gordon方程的镇定问题. 为处理sine-Gordon方程中的非线性项, 文章给出一个新的总扰动观测器在线估计未知扰动, 并通过自抗扰控制方法, 设计一个控制器使得在反馈控制中实时补偿(消除)总扰动. 闭环系统被证明适定的并且受控系统是指数稳定而扰动观测器是有界的. 数值模拟说明提出方法的有效性.     

倒立摆的自适应积分反步控制策略

针对直线单级倒立摆在模型参数不确定和外部扰动情况下的稳定控制问题,提出一种自适应积分反步控制策略。采用拉格朗日方程建立倒立摆系统的运动学模型,为减少稳态误差,将误差积分项引入反步法,设计了倒立摆的控制器;对含有未知参数的系统非线性状态微分方程,设计适当的Lyapunov函数推导出系统未知参数的自适应更新律,削弱了参数不确定性的影响。将自适应积分反步控制与一般的反步法控制、模糊控制及神经网络控制的仿真结果进行了对比,并在LabVIEW开发环境下进行了实物实验。结果表明,自适应积分反步法可以较为迅速且精确地完成稳定控制,较好地克服系统参数不确定及外部扰动的影响,具有较强的鲁棒性。     

电液伺服系统可拓自适应PID控制策略研究

针对电液伺服系统存在非线性、参数不确定性及外部负载扰动等问题,提出一种新型的控制方法--可拓自适应PID（propotional-integrate-differential）控制．该控制方法的体系结构由常规PID控制器和可拓策略推理两部分组成,其中可拓策略推理包含特征量提取、关联函数计算、特征模式划分、控制推理决策等模块．通过关联函数来划分系统特征模式,结合控制要求对不同的系统特征状态切换控制方式并自适应整定PID控制参数．将设计的控制方法应用于电液伺服位置跟踪系统,仿真研究表明,采用可拓自适应PID控制策略的电液伺服系统具有良好的跟踪性能及较强的鲁棒性,能实现控制状态的有效转变．     

基于微分观测器的飞行模拟转台伺服系统非线性控制

飞行模拟器转台伺服系统是导弹飞行的重要模拟设备,用于获取实验数据。针对飞行模拟转台伺服系统在跟踪控制过程中存在参数不确定性、非线性摩擦等不确定性问题,提出了一种基于微分观测器的飞行模拟转台伺服系统非线性控制方法;考虑系统在跟踪控制过程中存在不确定性问题,设计了微分观测器来估计复合不确定扰动;设计非线性控制器来控制飞行模拟转台伺服系统,使得系统可以收敛到期望位置转角信号;通过李雅普洛夫稳定性证明控制器作用在系统条件下的鲁棒性;通过MATLAB/Simulink仿真试验平台验证了文中提出的控制策略能够使系统有效跟踪期望位置转角,具有一定工程应用价值;     

非完整移动机器人的连续时变鲁棒K指数镇定

针对带有参数不确定性动态非完整移动机器人的镇定问题,提出一个全局连续的时变鲁棒控制律.首先,使用全局可逆变换将系统的动力学模型转换成一个不确定性线性子系统和一个不确定性非线性子系统;然后,引入一个与初值有关的指数衰减项,将非线性子系统转换成带扰动项的线性系统;最后,设计鲁棒控制律将整个系统镇定到原点.与已有的控制器相比,所提出的控制器能同时获得连续性、渐近性和指数收敛速度,仿真结果也验证了这一点.