含有执行器故障的非线性切换互联大系统的自适应模糊Backstepping容错控制

本文研究了一类存在执行器故障的非线性互联切换大系统的自适应模糊Backstepping容错控制.首先定义了一个分段右连续函数作为系统的切换信号,系统依据切换信号改变模型.不失一般性,考虑执行器发生两种类型的故障,即卡死故障和失效故障,通过模糊逻辑系统逼近未知非线性函数,并设计自适应模糊容错控制器补偿执行器故障给系统带来的影响.通过Lyapunov定理证明了系统及相关变量的有界性,并基于数值仿真,验证了所提出方法的有效性.     

通信受限下基于终端滑模和指对数滑模方法的编队航天器姿态协同控制

针对星间通信时延和信号量化情形下编队航天器,研究对应的姿态协同控制器设计问题.首先,为节省编队航天器星间通信的带宽资源,提出基于信号量化的星间数据通信策略,并设计了一种终端滑模姿态协同控制器以保证航天器编队姿态同步系统的渐近稳定;其次,考虑到航天器间可能存在通信时延,考虑基于信号量化的通信策略,提出一种基于指对数滑模面的编队航天器协同控制器设计方法,能保证编队航天器在有限时间内达到期望姿态;最后基于包含4个航天器的编队系统,通过仿真验证了所提出的协同控制方法的有效性.     

基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制

针对一类输入受限的非匹配不确定非线性系统,提出了一种抗饱和自适应反步控制方法.利用模糊干扰观测器在线逼近系统的未知非匹配不确定及干扰,采用反步控制方法设计自适应控制器.控制系统设计中引入限幅滤波器,有效降低了控制输入饱和对系统稳定性的影响,并且控制器设计无需对虚拟控制律进行重复求导.利用李亚普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了该方法的有效性.     

一类时滞不确定离散系统的鲁棒自适应滑模控制

主要研究一类具有不确定项和外部扰动的离散时滞系统的鲁棒自适应控制,假设扰动和不确定项是有界的,而扰动和关于状态的不确定项的边界是不必知道的.设计了自适应控制器以保证系统能在有限时间内到达切换面,并且收敛到包含原点的一定的有界区域内.仿真的结果说明了该方法的有效性.     

基于事件触发机制的一类非严格反馈非线性系统的自适应神经网络追踪控制

基于事件触发机制,研究了一类非严格反馈非线性系统的自适应神经网络追踪控制问题.结合反步技术、神经网络和事件触发机制,提出了一种自适应神经网络控制方案,减少了数据传输量并减轻了控制器和执行器之间的传递负担,保证了输出信号尽可能地追踪到参考信号,同时使得闭环系统的所有信号有界.此外,通过避免芝诺现象保证了所提事件触发机制的可行性.最后,给出一个例子验证了所提出策略的有效性.     

高阶非线性系统自适应模糊有限时间状态约束控制

针对一类具有状态约束的非严格反馈高阶非线性系统,研究一种自适应模糊有限时间跟踪控制问题.首先,利用模糊逻辑系统逼近不确定性非线性函数,在此基础上,采用障碍Lyapunov函数,解决状态约束问题,通过障碍加幂积分方法和反步递推技术,提出了一种有限时间控制设计方法.在有限时间Lyapunov稳定意义下,严格证明闭环系统半全局实际有限时间稳定且系统的状态不超出给定的约束边界,并实现了有限时间跟踪控制目标.最后,仿真研究进一步验证了所提出控制方法的有效性.     

基于障碍李雅普诺夫函数非线性系统的死区补偿控制

本文集中在带有部分状态约束的非线性单输入单输出系统的自适应控制器设计上.考虑了非对称死区的非线性输入特性,选取障碍李雅普诺夫函数用来阻止部分受约束的状态违反约束条件.根据障碍李雅普诺夫函数反步法,解决了该类系统的输出跟踪问题,同时也处理了死区非线性带来的影响.针对下三角结构的非线性系统,设计了自适应控制器,证明了闭环系统所有信号都是有界的,同时保证了系统输出可以跟踪上参考信号.最后,仿真结果表明了所提方法的有效性.     

基于鲁棒自适应策略的燃气轮机系统控制器设计

太阳能、风能和潮汐能等可再生能源的发电系统,具有间歇性发电的特性.因此,具有快速响应、发电效率高的燃气轮机发电系统,能够在可再生能源发电间歇出现时充当替代系统,不仅稳固电网的负荷能力,还有助于推动可再生能源的发展.由于燃气轮机是一个模型包含未知的复杂非线性系统,目前针对转速环节主要采取传统PID控制技术.然而,实际运行中系统工况发生变化时,控制器参数不能随着这些变化做出相应的调整,使得控制效果欠佳,执行器故障的出现也可能导致系统无法正常工作.因而,本文针对单轴燃气轮机的孤岛发电模式,结合燃气轮机系统特性,基于反步法的设计思路,引入不依赖于系统模型的鲁棒自适应控制策略,并加入容错控制和Nussbaum函数构造转速控制器.在控制器设计过程中融合动态面方法,解决高阶系统中反步法引起的计算爆炸问题.最后,通过仿真,验证了控制器的可靠性.     

基于状态约束的直流电动机有限时间位置跟踪控制

本文提出了一种基于状态约束的直流电动机神经网络自适应有限时间控制方法.首先采用障碍李雅普诺夫函数对直流电动机的状态量进行约束,确保直流电动机的角位置和角速度限制在给定的约束区间内,引入神经网络逼近系统中未知的非线性函数.此外,通过引入有限时间控制技术,提高了系统的收敛速度和控制精度.仿真结果验证了该方法能够实现对直流电动机快速有效的位置跟踪控制.     

考虑性能约束的航天器近距离悬停控制

本文主要研究了考虑预设性能的航天器交会对接中的近距离悬停控制问题.针对追踪航天器近距离悬停控制问题,首先基于追踪航天器的姿轨耦合模型设计了线性滑模控制器实现了近距离悬停任务.在此基础上,为对系统收敛过程中系统状态的暂态性能进行约束,设计了基于预设性能的滑模控制器.同时,为减少系统状态的收敛时间,针对预设性能中的性能函数,采用了一种有限时间收敛的性能函数代替传统的性能函数,并改进了滑模控制器的结构.最后通过仿真进行验证,并对比三种控制策略,结果表明所设计的航天器交会对接预设性能滑模控制律具有理想的控制性能.     

智能船舶自动舵系统自适应模糊输出反馈控制

针对智能船舶自动舵系统,考虑输入饱和、回转角速度未知和指定性能,提出一种自适应模糊控制算法.本文自适应模糊输出反馈算法采用状态观测器、辅助系统和误差转换系统,模糊逻辑系统用于估计未知非线性函数,状态观测器用于估计未知回转角速度状态,辅助系统和误差转换系统分别用于补偿不匹配控制信号和变换航向角追踪误差.基于Lyapunov方法证明了闭环系统内所有信号是有界的,仿真结果进一步验证了本文算法的有效性.     

基于增广P型学习观测器的航天器故障重构和自适应容错控制

针对航天器姿态控制系统常见的传感器故障问题,基于增广P型学习观测器技术研究了故障重构问题,并对故障系统进行了容错控制器的设计.首先,考虑同时存在传感器故障和未知干扰输入的航天器姿控系统状态空间模型,将故障等效考虑成与前一时刻故障估计值和当前时刻输出误差有关的两项,借助Lyapunov定理设计观测器,并采用LMI方法给出了观测器参数矩阵系统化设计方法.然后,设计积分滑模面,将得到的等效控制律代入系统状态空间模型后,设计包含自适应故障补偿控制项和线性输出反馈控制项的容错控制律.最后通过仿真实例验证了所设计观测器和容错控制器的有效性.     

执行器退化的遥机器人系统量化反馈容错控制

针对遥机器人系统中存在执行器退化、控制输入量化,且编、解码端的量化灵敏度参数不匹配的问题,设计了遥机器人系统的鲁棒量化反馈容错控制系统.控制器结构的线性部分由线性矩阵不等式给出,旨在解决系统指标性能问题,非线性部分则用于处理量化参数不匹配问题.经稳定性理论证明,提出的鲁棒量化反馈容错控制方法能消除执行器退化及量化参数不匹配等的影响,并确保从机器人能渐近跟踪主机器人.最后,算例仿真验证了方法的有效性.     

基于饱和约束和时变观测器设计的异构航天器姿态控制策略

针对空间异构环境下易产生非线性和不确定性影响,多个异构航天器进行姿态控制存在执行器输入饱和约束,对有限的资源进行协作调度难度大等问题,提出了异构航天器包含饱和输入和不确定性动态的鲁棒一致性追踪控制策略.在该控制策略中,参考系统的动态权重矩阵被允许是完全未知的,因此现有的方法并没有可行解.通过引入有向生成树假设,一种新的权重平均方法被提出来构造分布式观测器动态.通过综合分布式观测和非线性动态,一类新的鲁棒一致性追踪控制器被设计.仿真结果表明：当同步行为和分布式观测动态能够被同时获得并且达到领导者状态,异构系统的鲁棒一致性问题将被解决.同时,通过利用多个航天器的动态模型,设计了不同性能指标的参数条件,验证和分析了提出方法的有效性.