基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制

主要研究模型参考自适应控制设计方法,主要介绍采用Lyapunov(李雅普诺夫)稳定性理论设计的自适应控制器,并假设可以获得对象的状态变量,利用这些状态变量构成自适应控制率。在利用MATLAB语言,通过仿真分析基于Lyapunov稳定性理论的自适应控制器的性能。     

存在基础振动的物料搬运机时间最优控制

目的 探讨存在基础振动情况下,物料搬运机的时间最优定位控制问题.方法 使用第2类Lagrange方法建立系统的动力学方程,设计一种基于隐式Lyapunov函数的时间最优控制器.结合时间最优稳定性引理,采用Lyapunov理论证明了所提控制算法能使定位误差在最优时间内收敛到原点.结果 控制器增益表现为连续时变的PD型控制,当系统状态变量逐渐趋于0时,控制器增益作为系统状态变量的可微函数逐渐趋于无穷大.结论 数值仿真显示,该控制器能克服基础振动影响,使物料搬运机快速机动到指定位置,具有时间最优特性和较强的抗干扰性.     

欠驱动无人艇直线航迹跟踪的反步自适应动态滑模控制

针对喷水推进型欠驱动无人艇的由艇艏摇非线性响应模型和舵机伺服系统组成的直线航迹控制系统,在考虑模型参数不确定性和外界干扰随机性特点的情况下,研究了一种反步自适应动态滑模控制方法.首先利用全局微分同胚坐标变换将原系统转化为具有下三角特征的非线性系统,然后基于反步设计法和动态滑模控制理论,设计了反步自适应动态滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论,证明在该控制器的作用下,直线航迹控制系统是全局渐近稳定的.仿真对比试验表明,该控制器对模型摄动和外界干扰不敏感,具有强鲁棒性和自适应性.     

不确定混沌系统自适应改进投影同步与参数估计

研究一类新混沌系统与Genesio-Tesi混沌系统的改进投影同步,并对新混沌系统未知参数进行估计。依据主动控制原理,设计了非线性控制器和参数自适应更新律,用Lyapunov稳定性理论证明了误差系统原点的渐进稳定性。数值仿真结果验证了设计的非线性控制器和参数自适应更新律的有效性及其在有界噪声干扰下的鲁棒性。     

一类受噪声扰动混沌系统的自适应同步

研究一类受噪声干扰混沌系统的自适应同步问题。基于Lyapunov稳定性理论和自适应控制理论,通过构造合适的非线性控制器和参数自适应控制律,实现受噪声干扰混沌系统的同步,且成功地辨识混沌系统的所有未知参数,理论分析和数值仿真进一步证明控制器和自适控制律的有效性。     

一个新的超大范围混沌系统及其自适应滑模控制

提出了一个超大范围的混沌系统,其中参数b的取值为[0,10~7]。理论分析了系统的动力学特性,考察了系统的Lyapunov指数谱、分岔图以及Poincare映射。设计了系统的硬件电路,并用Multisim软件进行了电路仿真,构建了一个系统在未知参数条件下全局稳定的自适应控制器和一个对给定信号追踪与未知参数辨识的自适应滑模控制器。仿真结果表明所设计控制器是有效的。     

欠驱动搬运机器人轨迹跟踪控制

目的为了解决欠驱动搬运机器人的中心和质心不重合的轨迹跟踪问题。方法建立非完整性约束的欠驱动机器人的运动学和动力学的模型,基于反步法控制策略生成新的虚拟反馈量,设计跟踪控制器,同时,利用自适应技术对具有不确定跟踪控制器的参数进行校正,通过Lyapunov理论验证控制器的稳定性。结果仿真实验结果表明,欠驱动搬运机器人的实际轨迹可以快速地跟踪期望轨迹,验证了基于反步法设计的跟踪控制器的可行性和有效性。结论设计的控制器能够使搬运移动机器人达到良好的轨迹跟踪效果,并且保证了控制器的自适应性。     

一类弹性碰撞振动系统周期倍化分岔预测及其神经网络控制

针对一类单自由度含间隙和预紧弹簧的弹性碰撞振动系统的分岔控制问题,提出了一种基于Lyapunov指数及径向基函数神经网络的分岔预测及控制方法。首先建立了系统的Poincaré映射,推导了弹性碰撞振动系统周期运动存在的条件,研究了在主要分岔参数平面中的动力学分布;其次利用Lyapunov指数分析了系统的稳定性,提出利用追踪Lyapunov指数谱分岔点来预测周期倍化分岔发生的方法;最后基于径向基函数神经网络设计了参数反馈分岔控制器、基于周期倍化分岔点处的最大Lyapunov指数构造适应度函数,并利用Lyapunov指数判断是否实现了分岔控制,以引导自适应混合引力搜索算法对控制器的参数进行优选,从而实现周期倍化分岔控制。     

座椅悬架不匹配干扰估计全程滑模控制研究

针对含有人体动态的座椅悬架系统,通过合理选择状态变量及干扰变量,将地面激励建模成系统的一类可从控制通道输入的匹配干扰,同时考虑模型参数变化这一类不匹配干扰对系统的影响,基于滑模控制理论,设计了全程滑模切换函数;结合不匹配干扰估计器,构造了座椅悬架系统控制器;根据Lyapunov理论,证明了系统的鲁棒稳定性。利用座椅位移量和人体加速度量这两个可测输出量,设计了滑模观测器,实现了对状态变量的估计。仿真结果表明,相比于LQR和传统的滑模控制方法,带不匹配干扰估计的全程滑模控制方法可以使得座椅悬架系统在刚度系数和阻尼系数变化以及恶劣地况的情况下,获得更佳的动态性能及鲁棒性。     

混沌电机自适应时滞同步控制研究

基于Lyapunov稳定理论及LaSalle不变集定理设计自适应控制器,对两台混沌永磁同步电动机(PMSM)系统进行时滞同步控制。理论证明在控制器作用下两电机误差系统渐近零,即控制策略可实现PMSM混沌系统的时滞同步。数值仿真结果表明该控制策略的正确性及有效性。研究结果对保证多电机系统协调运行具有重要理论意义及实用价值。     

高阶随机非线性系统的自适应状态反馈镇定北大核心CSCD

本文针对一类高阶随机不确定非线性系统,其漂移项与扩散项依赖于所有状态,研究了此系统的自适应状态反馈镇定问题.通过选取恰当的Lyapunov函数,利用自适应增加幂积分方法、反推技术、参数分离原理和一些代数技巧设计参数,构造了一个光滑自适应控制器.所设计的控制器能保证闭环系统对任意初始值几乎处处存在惟一解,平衡点依概率全局稳定并且系统的状态几乎处处调节到零.仿真例子验证了控制方案的有效性.     

四维Qi系统的参数自适应控制

基于Routh-Hrtwitz稳定性理论及Hopf分岔理论分析了四维Qi系统第二类非零平衡点的动力学行为,并通过绘制分岔图及最大Lypunov指数谱验证理论分析结果。给出了基于系统变量为观测量的参数自适应控制器,该控制器能自动调整控制参数,在参数受到较大扰动的情况下保持系统渐近稳定,并利用Lyapunov直接方法证明了受控系统的全局稳定性。通过数值模拟证明了文中所给的控制方法具有较快的收敛速度。关键词：Qi系统 非零平衡点 参数自适应控制 参考模型     

航天器姿态机动的自适应鲁棒控制及主动振动抑制

针对航天器在进行姿态机动时挠性附件的主动振动控制问题,提出一种基于自适应鲁棒方法和 理论相结合的控制方案。为有效地进行振动抑制,主动振动控制器采用 状态反馈理论,并且设计时充分考虑由于忽略挠性附件模型高阶模态所带来的结构不确定性,保证振动的快速衰减和方法的鲁棒性。同时,采用自适应鲁棒方法设计姿态控制器,有效地降低干扰和转动惯量不确定性对系统性能的影响,并采用Lyapunov方法分析系统的稳定性。最后,数字仿真结果说明,本文提出的方法是合理和有效的。     

基于自适应模糊补偿的不确定性机器人CNF控制

为解决不确定性因素对机器人系统的影响,实现不确定性机器人系统准确跟踪参考输入的能力,研究了自适应模糊控制和组合非线性反馈(CNF)控制相结合的策略。提出了一种基于自适应模糊补偿的机器人CNF控制器。核心是将系统的不确定性利用自适应模糊控制进行在线逼近,作为CNF控制器的补偿项,充分利用两种控制方法的优势,降低不确定性因素对系统性能的影响。通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的收敛性;最终仿真结果证实了此方法的有效性。     

磁通 e-HR 神经元模型的放电行为及同步控制

以 e-HR 神经元模型为基础，在考虑外界电磁场对神经元膜电位变化的影响下构建磁通 e-HR 神经元模型。首先，利用盛金公式来求得磁通 e-HR 神经元模型平衡点个数以及对其平衡点稳定性进行了研究，同时进一步利用分岔理论找出系统发生分岔时的条件。其次，通过改变外加刺激电流以及磁通反馈增益，发现神经元呈现出簇放电、周期放电等多种放电模式。此时平衡点的不稳定状态对应为神经元放电模式；稳定状态对应静息模式，即不放电模式。最后，基于Lyapunov稳定理论设计自适应控制器，通过理论分析和数值仿真证明了控制器的有效性与可行性。     

大型结构自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制研究

为了有效处理土木工程结构分散振动控制中子系统间相互影响力和外界荷载不确定性的影响,提出了自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制算法（DALRBFSMC）。首先利用Lyapunov稳定性理论设计了仅依赖于子系统位移和速度响应反馈信息的滑模分散控制律,在此基础上,结合RBF神经网络理论和经典梯度下降法,引入Lyapunov函数,推导了调整RBF网络权值的自适应学习率,进而得到能实时调节滑模分散控制律切换增益项的自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制算法（DALRBFSMC）。同时,针对子系统不同划分方式及子控制器之间存在重叠,提出了多种分散控制设计策略。对ASCE 9层Benchmark模型进行多种分散控制和集中控制设计。仿真分析结果表明,该分散控制算法适用于不同的分散控制策略,重叠分散控制策略较传统集中控制策略而言有更好的控制效果;同时能使分散控制系统内各作动器均处于功效最大状态。     

基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计

针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。     

考虑系统不确定性的车辆主动悬架自适应模糊滑模控制

针对车辆主动悬架系统模型不确定性所引起的控制稳定性问题,提出了一种非线性主动悬架自适应模糊滑模控制策略。为提高车辆平顺性、确保汽车行驶安全性能,建立基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊方法的四分之一车辆悬架系统非线性动力学模型,将滑模控制与自适应理论结合设计合适的滑模面函数和滑模控制律,进而基于Lyapunov稳定性理论对所提出控制器稳定性进行分析。三种不同路面激励下的数值仿真结果表明,所提出的自适应模糊滑模控制器使被控悬架在外界路面扰动下具有更好的扰动抑制能力,车辆悬架综合性能得到明显改善。     

未知控制方向的非线性级联系统鲁棒自适应输出反馈控制

本文研究了一类具有未知控制方向的非线性级联系统的鲁棒自适应输出反馈问题．通过线性变换将有多个未知控制方向的系统转化为无未知控制方向的系统,并根据线性高增益控制观测器与Nussbaum函数,设计了一种新的鲁棒自适应输出反馈控制器,进一步证明了在该控制器下闭环系统所有信号有界且状态渐进趋于零．进而,通过构造Lyapunov函数,给出了闭环系统渐进稳定的充分条件．最后,利用仿真实例说明了控制算法的有效性．     

HVAC系统多变量热力过程的自适应控制研究及应用

本文在热动力学分析的基础上，利用自适应控制和线型系统理论，设计出一种适用于多控制区域、多输入/输出、多扰动HVAC系统的自适应控制器。仿真结果显示出：这种了控制器的反应速度和稳定性大大高于固定增益控制器。