基于非奇异快速终端滑模的轧机液压伺服位置系统反步控制

针对具有非线性、参数不确定性和未知负载扰动的非对称缸轧机液压伺服位置系统,提出一种基于模糊自适应观测器和非奇异快速终端滑模面的反步控制方法.首先,基于非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律完成非对称缸轧机液压伺服位置系统反步控制器的设计,并通过构造二阶滑模滤波器对虚拟控制量的微分信号进行估计,有效地避免了反步控制中的微分爆炸现象;然后,选用模糊自适应观测器对系统的不确定项进行逼近估计,并将输出的估计值引入到设计的控制器中进行补偿,有效地提高了系统的跟踪控制精度,且分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统全局渐近稳定;最后,基于某650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统的实际参数进行仿真研究,并与常规线性滑模控制方法相比较,结果验证了所提出方法能够有效提高系统在整个全局过程的收敛速度和鲁棒稳定性.     

基于无源性的全方位移动机器人自抗扰控制

针对全方位移动机器人轨迹跟踪控制中存在的外界干扰和系统参数不确定性问题,提出基于无源性的自抗扰控制方法.该方法通过扩张状态观测器对系统扰动进行估计,并在基于无源性的控制器中加入扰动补偿项以减小外界干扰和参数不确定性对系统的影响;进而,利用系统的无源特性和Lyapunov 理论证明在该控制器作用下闭环系统有界输入有界输出稳定.仿真结果表明,所提出的控制方法响应速度较快,控制精度较高,对系统外扰和模型参数不确定性具有较强的鲁棒性     

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。     

具有非匹配扰动的非线性变参数系统模型参考跟踪控制

本文研究了一类含有非匹配扰动的非线性变参数系统的跟踪控制问题.首先,设计非线性扰动观测器用于估计系统所受到的未知扰动.其次,在前馈–反馈跟踪控制器中引入扰动补偿控制项,提出一种基于扰动观测器的跟踪控制策略.利用依赖于状态和时变参数的线性矩阵不等式,导出保证闭环系统输入–状态稳定的充分条件,进而运用平方和凸优化技术解析地构造出扰动观测器和跟踪控制器.通过理论证明,所设计的控制策略能够实现非线性变参数系统输出对参考模型输出的跟踪,消除输出通道中非匹配扰动的影响.最后,由数值仿真例子验证了所提方法的有效性.     

垂直气动人工肌肉系统的模型参考自适应逆补偿控制

与传统刚性驱动系统相比, 气动人工肌肉系统具有质量轻、人机交互友好等优势, 近年来在生产生活中受到广泛关注. 然而, 该类系统的运动呈现出复杂的迟滞特性, 这给针对该类系统的跟踪控制研究带来了挑战. 本文针对垂直气动人工肌肉系统, 提出一种模型参考自适应逆补偿控制策略, 可有效克服迟滞特性以及控制过程中外界扰动和参数摄动等不确定因素对系统运动状态的影响, 实现系统高精度跟踪控制. 具体而言, 本文首先对系统的运动特性以及影响系统控制精度的不确定因素进行分析; 然后, 基于分析结果建立一个描述系统运动特性的参考模型; 进而采用逆补偿思想, 通过对所建立的参考模型求逆来构造一个逆补偿控制器, 克服迟滞特性对系统运动状态产生的影响; 随后, 基于最小均方误差算法设计自适应律, 在线辨识参考模型的权值, 同时估计逆补偿控制器的设计参数, 克服外界扰动和参数摄动等不确定因素对系统运动状态的影响; 最后, 通过实验验证所提控制策略的有效性.     

带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制

针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后假定系统模型参数未知,基于反步法给出了非线性控制律和参数自适应律.利用Lyapunov理论证明了这种自适应输出反馈控制系统的稳定性.仿真结果表明本文所提控制器具有较好的控制性能,对不确定性模型参数具有良好的自适应性.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

基于降阶扩张状态观测器的重复控制系统设计

针对一类含有非匹配状态相关不确定性和外界干扰的伺服系统,提出一种基于降阶扩张状态观测器的重复控制方法,通过对不确定性和扰动进行实时估计和主动补偿,实现对周期性参考输入信号的高精度跟踪.首先,利用系统可测输出和控制输入信号设计降阶扩张状态观测器,对系统的不可测状态以及包含不确定性和外界干扰的总扰动进行估计;其次,通过选择...     

直线电机位置轨迹自适应渐近跟踪

针对直线电机构成的伺服系统中存在的负载扰动和端部效应等阻力扰动,设计了一个自适应的轨迹渐近跟踪控制器;控制律的实现只涉及输出位移的测量信号,而不必依赖于速度的测量;先引入一个基于K滤波器结构的降阶观测器,接着利用自适应观测器后推技术设计了轨迹跟踪控制器和扰动参数估计的自适应律;对闭环系统的稳定性和渐近跟踪能力做了理论分析,并进行了仿真研究;仿真结果表明;设计的控制器可以实现对目标轨迹的渐近跟踪;在系统持续激励的情况下,扰动参数的估计可以收敛到真正的值。     

基于自适应滑模的欠驱动无人艇轨迹跟踪控制算法

针对欠驱动水面无人艇在航行过程中存在的海洋环境干扰、数学模型参数不确定、执行器故障等问题,提出了一种基于扰动观测器与神经网络技术的自适应滑模轨迹跟踪策略。在无人艇三自由度模型的基础上,结合视线制导率,提出了一种新的轨迹跟踪制导策略。采用自适应滑模控制技术设计了欠驱动无人艇轨迹跟踪控制器,有效地抑制了执行器衰减故障对无人艇控制系统的影响;同时运用了非线性扰动观测器和自适应径向基函数神经网络分别对无人艇受到的外界干扰和模型参数不确定性进行补偿和拟合,提高了控制系统的抗干扰能力。基于Lyapunov定理证明了所设计的控制系统的稳定性,并在MATLAB中进行了仿真测试。仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪控制算法可以在较为复杂的环境下实现对欠驱动无人艇的精准控制;相较于对比算法,位置的平均跟踪误差减小了80%以上,具备较高的稳定性和鲁棒性。     

An adaptive disturbance rejection control scheme for multivariable nonlinear systems

An adaptive disturbance rejection control scheme is developed for uncertain multi-input multi-output nonlinear systems in the presence of unmatched input disturbances. The nominal output rejection scheme is first developed, for which the relative degree characterisation of the control and disturbance system models from multivariable nonlinear systems is specified as a key design condition for this disturbance output rejection design. The adaptive disturbance rejection control design is then completed by deriving an error model in terms of parameter errors and tracking error, and constructing adaptive parameter-updated laws and adaptive parameter projection algorithms. All closed-loop signals are guaranteed to be bounded and the plant output tracks a given reference output asymptotically despite the uncertainties of system and disturbance parameters. The developed adaptive disturbance rejection scheme is applied to turbulence compensation for aircraft fight control. Simulation results from a benchmark aircraft model verify the desired system performance.     

Generalized extended state observer–based repetitive control for systems with mismatched disturbances

A generalized extended state observer (GESO) is devised to improve the disturbances rejection performance in a repetitive‐control system (RCS) for a class of single‐input, single‐output nonlinear plants with nonintegral chain form and mismatched disturbances. By appropriately choosing a disturbance compensation gain and incorporating the disturbance estimate into a repetitive control law, a GESO‐based RCS is established. In this system, the repetitive controller ensures tracking of a periodic reference input, and the incorporation of the disturbance compensation into the control input enables attenuating the lumped disturbance from the system output. Stability criteria and design algorithms have been developed for the system. A case study on the speed control of a rotational control system exhibits that the GESO‐based RCS delivers not only a promising disturbance rejection performance but also a superior property of tracking performance.     

基于等价输入干扰滑模观测器的磁悬浮球系统模型预测控制

本文针对系统不确定性和外部干扰引起的磁悬浮球系统控制性能下降的问题,提出了一种基于等价输入干扰滑模观测器的模型预测控制(MPC+EIDSMO)方法.首先将原系统转化为EID系统,采用等价输入干扰滑模观测器对EID系统状态变量及等价输入干扰进行估计;然后基于状态估计值设计模型预测控制器,并将等价输入干扰估计值以前馈的方式...     

Robust Tracking Control of Helicopters Using Backstepping with Disturbance Observers

This paper addresses the robust and accurate trajectory tracking problem for unmanned helicopters in the presence of model uncertainties and external disturbances. First, the helicopter's model is simplified to a six‐degrees‐of‐freedom rigid body augmented with a simplified rotor dynamic model, with the model uncertainties and the external disturbances being treated as lumped unknown disturbances. Second, a nonlinear disturbance observer is designed to estimate this lumped disturbance. Then, a backstepping controller with disturbance compensation is designed to ensure robust and highly trajectory tracking. After that, the theoretical analysis of the efficiency of the designed disturbance observer‐based backstepping controller (Backstepping+DO) is shown by the Lyapunov theory. Finally, simulation results and conclusions are presented and discussed.     

基于自适应模糊控制器和非线性扰动观测器的永磁直线同步电机反馈线性化控制

由于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统应用于一些高精密场合,因此克服系统存在的负载扰动、参数变化等不确定性影响是提高系统性能的关键.针对不确定性问题,采用一种基于自适应模糊控制器(AFC)和非线性扰动观测器(NDO)的反馈线性化控制方法.首先设计反馈线性化控制器(FLC)实现系统的线性化,便于位置跟踪;其次采用NDO估计并补偿系统的不确定性,提高跟踪精度.但在实际运行过程中观测器增益较难选取,极易产生较大的观测误差,为此,采用AFC方法逼近NDO的观测误差,通过自适应律动态调整模糊规则,改善模糊控制器的学习能力,增强系统的鲁棒性,并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性.实验结果表明,与基于DOB和NDO的反馈线性化位置控制相比,该方法能够明显提高系统的跟踪性和鲁棒性.     

单元机组的非线性自适应反演综合控制

针对同时考虑参数不确定性和外界干扰的单元机组整体模型(锅炉–汽轮机–发电机模型),提出了一种基于自适应反演法和协调无源性理论的非线性综合控制策略.首先,针对预处理后的被控对象各子系统,采用反演法得到汽门控制输入,然后以高压侧电压为控制目标对励磁部分进行优化设计,最后逐步递推设计燃料控制器.在控制律设计过程中,为克服模型参数的不确定性,避免可能出现的参数漂移,通过引入充分光滑投影算子设计了参数自适应律.同时,借助在控制律中添加阻尼项,以有效抑制外界干扰对控制品质的影响.仿真分析和变负荷实验的结果表明,本文所设计的综合控制策略同时优化了单元机组的有功和无功响应特性,使其具有良好的负荷跟踪性能、抗干扰能力和对模型不确定参数的鲁棒性.     

干扰下的无人直升机自适应反步法鲁棒跟踪控制

针对无人直升机干扰下的鲁棒轨迹跟踪问题,设计了一种自适应反步控制方法.鉴于作用在直升机上的干扰是产生跟踪误差的主要原因,该方法的主要思想是寻求一种方法来补偿这种干扰.首先,将未建模动态如外部阵风干扰、配平误差、机身、垂尾、平尾以及其他可忽略的动态产生的力和力矩看成一种组合干扰,从而建立了一个方便反步法控制器设计的简化模型.当设计好反步法控制器后,设计了一个非线性自适应律来估计这种组合干扰,并通过将干扰估计值整合到反步控制器中,使得闭环跟踪系统的鲁棒稳定性得到了保证,即基于李雅普诺夫稳定性理论证明了所设的控制器对于干扰主动阻隔,特别是低频干扰的主动阻隔是有效的.最后,两个仿真研究验证了该方法是优于常规反步法和积分反步法的.     

Adaptive output feedback control using fault compensation and fault estimation for linear system with actuator failure

The problem of linear systems subject to actuator faults（outage,loss of efectiveness and stuck）,parameter uncertainties and external disturbances is considered.An active fault compensation control law is designed which utilizes compensation in such a way that uncertainties,disturbances and the occurrence of actuator faults are account for.The main idea is designing a robust adaptive output feedback controller by automatically compensating the fault dynamics to render the close-loop stability.According to the information from the adaptive mechanism,the updating control law is derived such that all the parameters of the unknown input signal are bounded.Furthermore,a disturbance decoupled fault reconstruction scheme is presented to evaluate the severity of the fault and to indicate how fault accommodation should be implemented.The advantage of fault compensation is that the dynamics caused by faults can be accommodated online.The proposed design method is illustrated on a rocket fairing structural-acoustic model.