不确定时滞系统的迭代学习控制算法（I）

讨论了不确定时滞系统迭代学习控制的鲁棒收敛性，在存在干扰和初始偏移的情形下，给出了较弱的收敛性充分条件，仿真结果表明，迭代学习控制算法对于抑制初始点偏移和周期干扰的影响是有效的。     

终点命中问题的一种随机控制

对于由一些工业过程抽象出来的终点命中问题,本文构造了一种随机控制模型。导出了该模型的动态规划基本方程。在一些假定条件下,证明了最优控制为一非线性方程组的解。     

学习辨识:最小二乘算法及其重复一致性

针对重复时变系统, 提出学习辨识方法用于估计系统的时变参数. 讨论了有限时间作业区间上重复运行的时变系统以及周期时变系统两种情形. 文中给出最小二乘学习算法的推导过程, 并分析了所提算法的收敛性. 结果表明, 当重复持续激励条件成立时, 提出的学习算法具有重复一致性, 能够给出时变参数的完全估计. 通过数值算例进一步验证了学习算法的有效性.     

非线性不确定系统准最优学习控制

针对不确定非线性系统, 提出准最优学习控制方法, 解决参数与非参数不确定特性同时存在情形下的轨迹跟踪问题. 给出迭代学习与重复学习两种控制策略, 根据Sontag公式解决标称系统的优化控制, 并以鲁棒学习手段处理参数与非参数不确定特性. 提出断续函数连续化方案, 以避免传统Sontag公式在实现时可能存在的颤振问题. 分析证明经过足够多次迭代或足够多个周期的重复运行后, 闭环系统可实现系统状态以预设精度跟踪参考信号. 仿真结果表明所设计学习系统在收敛速度 方面快于非优化设计.     

无抖振离散重复控制器的设计与实现

针对周期参考/干扰信号下的不确定离散时间系统,提出一种基于吸引律的重复控制方法,在吸引律中"嵌入"干扰抑制措施,构造理想误差动态,并基于此设计重复控制器.文中推导出单调减区域、绝对吸引层和稳态误差带边界的表达式,用于整定控制器参数和表征闭环系统的跟踪性能,并给出了跟踪误差在无干扰时收敛于原点及在干扰存在时收敛进入稳态误差带内所需最多步数的表达式.设计的重复控制器不仅能够完全抑制周期干扰信号,而且可以消除系统抖振.在电机实验装置上的应用结果表明了所提出控制方法的有效性.     

一类非线性系统的误差轨迹跟踪鲁棒学习控制算法

针对一类含非参数不确定性的非线性系统,提出一种鲁棒迭代学习控制算法,该算法放宽了常规迭代学习控制方法的初始定位条件,迭代初值可任意取值.基于类Lyapunov方法设计误差轨迹跟踪控制器,通过鲁棒限幅学习机制对不确定性进行估计和补偿,能够在整个作业区间上实现误差对给定期望误差轨迹的精确跟踪,期望误差轨迹根据迭代起始时刻的误差值设置.利用期望误差轨迹的衰减性状,可使系统误差在预设的时间点后收敛于原点的邻域内,邻域半径的大小可根据需要任意设置.理论分析和仿真结果表明了控制方法的有效性.     

离散自适应重复控制: 收敛性分析与实现

针对周期已知情形下的离散周期时变系统, 提出一种自适应重复控制方法, 参数估计采用带死区修正的重复学习投影算法. 关键技术引理在分析离散自适应控制系统时起到了关键作用, 通过推广这一引理, 文中给出重复域关键技术引理, 用于证明离散自适应重复控制系统的稳定性和收敛性. 理论分析表明, 系统的输入和输出信号均有界; 且当周期数趋于足够大时, 跟踪误差收敛于一邻域中, 其半径为干扰的界. 在直线电机实验装置上的应用结果验证了 所提出重复控制方法的有效性.     

有限值终态递归神经网络计算

通常的递归神经网络计算方法采用渐近收敛的网络模型,误差函数渐近收敛于零,理论上需经过无穷长的计算时间才能获得被求解问题的精确解。文中提出了一种终态递归神经网络模型,该网络形式新颖,具有有限时间收敛特性,用于解决时变矩阵计算问题时可使得计算过程快速收敛,且计算精度高。该网络的另一特点是动态方程右端函数值有限,易于实现。首先,分析渐近收敛网络模型在时变计算问题求解方面的缺陷,说明引入终态网络模型的必要性;然后,给出终态网络动态方程,推导出该网络收敛时间的具体表达式。对于时变矩阵逆和广义逆求解,定义一个误差函数,并依据误差函数构造终态递归神经网络进行求解,使计算过程在有限时间内收敛便能得到精确解。在将任意初始位置下的冗余机械臂轨迹规划任务转换为二次规划问题后,利用所提出的神经网络进行计算,得出的关节角轨迹导致末端执行器完成封闭轨迹跟踪,且关节角严格返回初始位置,以实现可重复运动。使用MATLAB/SIMULINK对时变矩阵计算问题和机器人轨迹规划任务分别进行仿真,通过比较分别采用渐近网络模型和终态网络模型时的计算过程与结果可以看出,使用终态网络模型的计算过程收敛快且显著提高了计算精度。对不同时变计算问题的求解体现了所提神经网络的应用背景。     

误差约束严格反馈系统的迭代学习控制

针对一类严格反馈非线性系统, 本文提出误差跟踪学习控制算法, 旨在解决状态约束问题和系统的初值问 题. 文中构造了二次分式型对称障碍Lyapunov函数以及二次分式型非对称障碍Lyapunov函数, 并结合反推技术来分 别设计学习控制器. 两种控制方案里分别采用积分学习律和微分–差分学习律估计未知系数. 系统跟踪误差在控制 器作用下囿于预设的界内, 从而实现迭代过程中对状态的约束; 引入期望误差轨迹, 经迭代学习后, 两种控制方案均 能够实现状态误差在整个作业区间上对期望误差轨迹的完全跟踪, 并且实现系统输出在预指定作业区间上精确跟 踪参考信号. 数值仿真结果表明了控制方案的有效性.     

Sylvester时变矩阵方程求解的终态神经网络算法

为了更好地提高收敛的速度和精度,提出一种终态神经网络(TNN)及其加速形式(ATNN)的求解方法。该网络求解方法具有终态吸引特性,能够在有限的时间内得到时变矩阵的有效解。相比于具有渐近收敛动态特性的神经网络,该神经网络方法具有有限时间收敛性,不仅能够改变收敛速度,而且能达到较高的收敛精度。将3种不同的神经网络方法用于求解时变Sylvester动态方程;同时,以终态神经网络求解二次优化问题,实现冗余机械臂Katana6M180有限时间收敛的重复运动规划任务。仿真结果验证了终态神经网络方法的有效性。