一类多变量非线性系统的特征模型及其在卫星姿态控制中的应用

本文对一类多输入-多输出高阶非线性系统从理论上详细推导出了其特征模型,并设计了基于特征模型的稳定的自适应模糊广义预测控制方案。由于控制结构中使用了分层模糊系统,因而极大地减少了模糊规则数目,提高了控制的实时性。此外,文中还将所设计的控制方案用于挠性卫星的姿态控制。仿真结果表明,该控制方法具有较强的鲁棒性,可实现高精度的卫星姿态控制。     

基于SVM的逆模型控制在挠性卫星姿态控制中的应用

针对带有挠性太阳帆板卫星的姿态控制问题,设计了基于支持向量机的逆模型控制律,采用模态分析方法对姿态模型进行简化处理;首先设计了基于支持向量机的恒衰减因子逆模型控制律,分别在无干扰、阶跃干扰和周期性干扰三种情况下进行仿真;考虑执行机构的力矩输出有限,在对恒衰减因子取不同值下的仿真结果进行分析的基础上,又分别设计了衰减因子取分段函数形式及输入限幅的控制律;仿真结果显示,设计的控制律能够使系统具有好的稳定效果和动态品质,有效地减小了挠性模态振动对姿态控制的影响,并对扰动具有一定的抑制能力。     

不确定多输入非线性系统自适应模糊滑模控制器设计

针对一类不确定多输入非线性系统提出一种新的自适应模糊滑模控制器,该控制器在存在模型逻辑系统逼近误差的情况下使闭环系统跟踪误差小于预先给定常数,消除滑模控制中的抖振,缓解因系统维数增高所致的模糊规则爆炸现象,最后用仿算例验证了所提出方法的有效性。     

多输入多输出多重时延非线性系统的自适应模糊控制

针对多输入多输出多重时延非线性系统,提出了一种自适应模糊跟踪控制方案．该方案有机综合了自适应控制和H∞控制.文中构建了一种自适应时延模糊逻辑系统用来逼近有多重时延的未知函数;设计了H∞补偿器来抵消模糊逼近误差和外部扰动．根据跟踪误差给出了参数调节规律．构造了包含时延的李雅普诺夫函数,从而证明了误差闭环系统满足期望的H∞跟踪性能．仿真结果表明了该方案的可行性．     

多输入多输出多重时延非线性系统的白适应模糊控制

针对多输入多输出多重时延非线性系统,提出了一种自适应模糊跟踪控制方案.该方案有机综合了自适应控制和H∞控制.文中构建了一种自适应时延模糊逻辑系统用来逼近有多重时延的未知函数;设计了H∞补偿器来抵消模糊逼近误差和外部扰动.根据跟踪误差给出了参数调节规律.构造了包含时延的李雅普诺夫函数,从而证明了误差闭环系统满足期望的H∞跟踪性能.仿真结果表明了该方案的可行性.     

一类非线性系统的多模型预测控制

讨论了基于多模型的预测控制方法.对于化工生产过程中具有高度非线性的连续搅拌反应釜（CSTR）,通过对覆盖工况的数据离线辨识建立多个局部模型,根据每个局部模型分别设计子GPC控制器,通过跟踪工况变化对子控制器加权以获得控制增量.仿真结果表明该方法可取得令人满意的控制效果.     

一种空间飞行器姿态控制非线性模型的预测控制新算法

空间飞行器的姿态控制受到诸如带时延的非线性动态特性、模型和参数的不确定性等因素的影响 ,其控制相当复杂。传统的控制技术 (如PID控制 )对控制对象的过程模型要求较高 ,且不能解决过程控制中非线性、时变、控制输入的约束性等因素的影响 ,其控制所能达到的性能和效率也远不够满足当前飞行器的控制要求。该文将介绍一种新型的基于控制输入的函数空间最优化的模型预测控制算法 ,称为函数空间模型预测控制 (F -MPC)。该法可用于线性和非线性系统 ,对过程模型要求不高 ,能在控制输入约束条件存在的情况下通过在线优化使系统很好地跟踪期望轨迹 ,并且解决了PID控制所遇到的问题。同时 ,将该算法用于空间飞行器的姿态控制仿真 ,仿真结果表明控制效果很好。     

拒绝服务攻击下的多输入多输出非线性系统无模型自适应控制

针对多输入多输出(MIMO)非线性离散时间系统,研究系统遭受拒绝服务(DoS)攻击和随机发生数据包丢失下的控制问题.首先采用两个独立的伯努利分布对周期性DoS攻击和随机发生的数据包丢失进行建模.其次结合DoS攻击设计无模型自适应控制(MFAC)算法,进而通过理论分析和数学推导证明所提算法的收敛性.并且通过结合先前时刻数...     

多输入多输出非线性多时滞系统的直接自适应模糊跟踪控制

针对多输入多输出非线性多时滞系统,提出了一种直接自适应模糊跟踪控制方案．该方案有机综合了自适应控制和H∞ 控制,构建了一种自适应时滞模糊逻辑系统用来逼近有多重时滞的未知函数;设计了H∞ 补偿器来抵消模糊逼近误差和外部扰动．根据跟踪误差给出了参数调节规律,构造了包含时滞的李亚普诺夫函数,从而证明了误差闭环系统满足期望的H∞ 跟踪性能．仿真结果表明了该方案的可行性．     

基于仿射控制输入的输入状态稳定非线性预测控制

针对有扰动的约束非线性系统,提出了一种基于仿射控制输入的反馈预测控制策略.采用无穷范数定义有限时域代价函数,对其进行极大极小优化得到预测控制律,并应用输入状态稳定分析了闭环系统的鲁棒稳定性,同时还给出了确定容许扰动上界的方法.最后,数值仿真说明本文的预测控制策略是有效的.     

挠性卫星姿态非线性局部镇定控制

本文针对挠性卫星姿态机动和振动抑制问题,给出一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)的非线性局部镇定控制方法.根据姿态系统结构特征,在此基础上,采用SOS结合S-procedure理论,得出相应的非线性局部可镇定条件.该条件可借助有效凸优化工具进行检验,当优化问题可解时,可构造非线性姿态控制器的解析解.最后,将文中方法应用于某型挠性卫星姿态控制.仿真结果表明,在实现大角度姿态快速机动的同时,有效抑制了挠性附件振动.     

挠性卫星的变结构姿态控制

将输入输出线性化控制与自适应模糊滑模控制相结合,并将其应用于挠性卫星姿态机动控制中.给出了卫星姿态控制器的基本形式.用自适应模糊控制逼近滑模控制中非线性控制分量,并推导了模糊规则参数调整的自适应律.在线调节自适应模糊控制器的参数以克服挠性卫星的不确定性,具有较强的鲁棒性.仿真结果表明该方法实现了较高精度的卫星姿态控制.     

Adaptive control Lyapunov function based model predictive control for continuous nonlinear systems

A design of adaptive model predictive control (MPC) based on adaptive control Lyapunov function (aCLF) is proposed in this article for nonlinear continuous systems with part of its dynamics being unknown at the starting time. Specifically, to guarantee the convergence of the closed-loop system with online predictive model updating, a stability constraint is designed. It limits the aCLF of the system under the MPC to be less than that under an online updated auxiliary adaptive control. The auxiliary adaptive control which implements in a sampling-hold fashion can guarantee the convergence of the controlled system. The sufficient conditions that guarantee the states to be steered to a small region near the equilibrium by the proposed MPC are provided. The calculation of the proposed algorithm does not depend on the model mismatch at the starting time. And it does not require the Lyapunov function of the state of the real system always to be reduced at each time. These provide the potential to improve the performance of the closed-loop system. The effectiveness of the proposed method is illustrated through a chemical process example.     

带有干扰的挠性卫星非线性姿态输出反馈控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在参数不确定性、干扰（常值扰动和正弦扰动）及挠性附件的振动控制问题,提出了一类基于输出反馈控制系统的鲁棒设计方法,该设计仅利用姿态四元数输出信息,而无需角速度、挠性变形位移及其速率测量信息;同时,在控制中又引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差,并且控制器参数的选者并不依赖于系统参数,基于Lyapunov理论证明了所设计的控制器保证了姿态的稳定和模态振动的衰减;最后,将该方法应用于挠性卫星的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器不仅对参数不确定性具有很好的鲁棒性,而且能够有效消除常值干扰和正弦干扰的影响,在完成姿态机动控制的同时,能够抑制挠性附件的结构振动,具有良好的过渡过程品质．     

一类不确定非线性系统基于特征模型的复合自适应控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,提出一种基于特征模型的复合自适应控制方法.该方法的创新性在于基于系统的误差特征模型,构建一种综合跟踪控制误差和模型估计误差的特征参量复合自适应律,该自适应律用于控制器设计和分析,可同时实现跟踪控制误差和模型估计误差的收敛.此外,为便于特征参量自适应律的设计和分析,根据特征参量的慢时变特性,将其视为未知标称常数项和时变误差项之和,并且选用其中常数项的估计量作为自适应控制参数.进一步,为抑制特征参量中时变误差项对系统稳定性和模型估计误差收敛性的影响,在控制器及复合自适应律设计中引入带饱和函数的非线性环节.理论分析证明闭环控制系统稳定,且跟踪控制误差和模型估计误差收敛到原点的一个邻域内.仿真结果表明,与现有仅根据模型估计误差调节的基于特征模型的自适应控制方法相比,所提出的复合自适应控制方法具有更好的控制性能.     

Probabilistic prediction methods for nonlinear systems with application to stochastic model predictive control

The performance of modern control methods, such as model predictive control, depends significantly on the accuracy of the system model. In practice, however, stochastic uncertainties are commonly present, resulting from inaccuracies in the modeling or external disturbances, which can have a negative impact on the control performance. This article reviews the literature on methods for predicting probabilistic uncertainties for nonlinear systems. Since a precise prediction of probability density functions comes along with a high computational effort in the nonlinear case, the focus of this article is on approximating methods, which are of particular relevance in control engineering practice. The methods are classified with respect to their approximation type and with respect to the assumptions about the input and output distribution. Furthermore, the application of these prediction methods to stochastic model predictive control is discussed including a literature review for nonlinear systems. Finally, the most important probabilistic prediction methods are evaluated numerically. For this purpose, the estimation accuracies of the methods are investigated first and the performance of a stochastic model predictive controller with different prediction methods is examined subsequently using multiple nonlinear systems, including the dynamics of an autonomous vehicle.     

非线性HAMMERSTEIN系统的预测控制及其pH过程应用

本文基于非线性离散Hammerstein模型,开发了一种非线性Hammerstein系统预测控制(Non-Linear Hammerstein Predic- tive Control,NLHPC)算法。遵循预测控制策略,该算法利用Hammerstein模型进行输出预测。理论分析结果表明,该算法不仅具有好的稳定性和鲁棒性,而且其自身具有积分作用。在一台工业PC机上实现了该NLHPC算法,并用于具有强非线性的酸碱中和过程实验装置pH值的控制。实验结果表明NLHPC有着比工业界常用的非线性PID控制(nonlinear PID,NL-PID)更好的控制性能。     

一类不确定非仿射非线性系统自适应模糊控制

针对一类非仿射非线性系统提出了自适应模糊控制方法,该方法把不确定非线性系统表示为定常线性子系统加非线性项的形式,然后采用模糊逻辑系统设计补偿器来消除非线性项的影响。引入时变死区函数对模糊逻辑系统中的未知参数进行自适应调节,并对时变死区设计了自适应律。证明了该方法可使闭环系统的所有信号均有界,且使跟踪误差收敛到原点的小邻域内。仿真结果表明了该方法的有效性。     

Chaotic satellite attitude control by adaptive approach

In this article, chaos control of satellite attitude motion is considered. Adaptive control based on dynamic compensation is utilised to suppress the chaotic behaviour. Control approaches with three control inputs and with only one control input are proposed. Since the adaptive control employed is based on dynamic compensation, faithful model of the system is of no necessity. Sinusoidal disturbance and parameter uncertainties are considered to evaluate the robustness of the closed-loop system. Both of the approaches are confirmed by theoretical and numerical results.