基于增广LQG的小型无人直升机稳定控制

针对实现小型无人直升机悬停及航线飞行的目标,在建立小型无人直升机近悬停点线性模型的基础上,通过系统辨识的方法获得了两个解耦的线性模型,并基于此设计了增广线性二次高斯(LQG)控制器.该增广LQG控制器包含三部分:一是卡尔曼滤波器,用于估计未测量状态;二是传统的线性二次积分(LQI)控制器,用于稳定内环并消除目标控制信号跟踪稳态静差;三是前馈,用于加速信号跟踪.仿真与实际飞行试验验证了基于增广的LQG控制器不仅能够镇定住无人直升机的动力学,同时能够很好地跟踪参考控制信号.     

船舶航向非线性系统离散变结构控制

基于非线性模型研究船舶航向自动舵的离散变结构控制设计问题。通过状态反馈精确线性化方法设计了二次型最优滑模面，采用离散趋近律方法求得变结构控制律。研究结果表明，所设计的离散变结构控制器能够快速准确地跟踪设定航向，并对参数摄动和外界风浪干扰具有很强的鲁棒性。     

直升机随机自适应高阶谐波控制抑振研究

从控制观点论述高阶谐波控制的基本原理，建立直升机机身振动的数学模型，设计了模型参数的在线辨识算法和当振动具有随机特性时的自适应ＨＨＣ控制器，并对抑振效果进行仿真验证。     

基于曲率控制的球形移动机器人路径跟踪

基于曲率的控制方法,对非完整约束条件下的欠驱动球形机器人进行了路径跟踪问题的研究.建立了非完整约束条件下具有正交的两输入球形机器人的运动学和动力学模型,并通过输入变换得到一个两输入的二阶系统.基于非线性滑模控制方法分别设计了横向姿态控制器和纵向速度控制器.提出了一种曲率控制器,实现了球形机器人的路径跟踪.仿真和实验结果表明,系统的运动状态能够收敛到期望的邻域内,验证了控制方法的有效性.     

受需求扰动的供应链系统最优跟踪控制

针对动态供应链系统中市场需求扰动引起的牛鞭效应问题,提出一种基于前馈补偿的最优跟踪控制设计方法.首先,针对需求扰动可模型化为线性外系统的情形,引入了一个渐近稳定的期望系统;然后,基于线性二次型性能指标,给出了受需求扰动的供应链系统的前馈反馈最优跟踪控制器设计方法.控制器的反馈增益和前馈增益可分别通过求解Riccati方程和Stein方程得到.仿真结果表明,提出的前馈反馈最优跟踪控制方法能有效抑制需求扰动对供应链系统的影响,改善供应链系统的动态性能,且该方法明显优于经典的最优跟踪控制.     

向量场方法无人直升机轨迹跟踪控制

为实现无人直升机自主跟踪预定轨迹,根据无人直升机的位置和航向信息,提出一种基于向量场的无人直升机轨迹跟踪制导方法。该方法依据地面轨迹航向误差和侧偏距误差渐进为零设计制导律,可用于直线和圆弧轨迹的跟踪。仿真结果表明该方法能使无人直升机成功跟踪预定轨迹,且具有良好的跟踪性能。     

直升机结构响应混合鲁棒控制研究

为解决满足控制系统的自适应性与在线计算量小的要求,本文提出了多输入、多输出直升机结构响应混合鲁棒控制决策,首先利用混合灵敏度设计方法设计出鲁棒反馈控制器,在此基础上引入基于FXLMS方法设计的自适应前馈控制器,形成自适应前馈-鲁棒反馈的混合控制,设计控制器的原始参数取自离线计算与识别,将计算工作量放在设计阶段,而只需很小的在线调整前馈控制器的计算量。进行了直升机结构模型的鲁棒控制仿真计算,与自由-自由梁的鲁棒控制与混合鲁棒控制的试验研究。结果表明本文方法的可行性与有效性。     

混合不确定柔性板系统μ综合振动主动控制实验研究

以柔性板结构为被控对象,提出混合不确定模型μ综合控制器设计方法并进行了实验验证.首先识别出柔性板实验系统的传递函数模型以及对应的状态空间最小实现模型;在此基础上,利用对系统矩阵的特征值分解和线性分式变换设计了将模态参数摄动提取成正则不确定块对角阵的方法,同时将剩余模态表示成高通滤波器形式,再通过引入虚拟不确定块,构建了考虑系统外扰抑制性能和控制增益约束性能的μ综合控制器求解过程.柔性板附加质量时的振动控制实验结果显示,随机扰动时相对LQR控制降噪量提高了4 dB,有效地解决了混合不确定柔性结构的振动控制问题.     

电液伺服系统内模控制

针对电液位置伺服系统,提出了一种内模控制器设计方法.内模控制作为一种先进控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.考虑到内模控制对系统模型精度要求不高的特点,本文降阶简化了电液伺服系统的模型.基于此模型所设计的控制器,只有一个可调参数,且该参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,整定方便,避免了控制器整定的随机性与复杂性.仿真研究和实验结果表明,内模控制可以有效地克服参数变化对系统性能的影响,使系统同时具有良好的目标值跟随特性和鲁棒性,实现了调炮误差小于±0.36mrad的高精度要求.     

半挂式车辆自主驾驶的轨迹跟踪控制研究

该文针对半挂式车辆的自主驾驶,设计一种基于迭代线性二次型调节器(iLQR)的轨迹跟踪控制器。通过深入研究转向过程中半挂式车辆的运动,建立满足非完整性约束的非线性车辆运动学模型,并根据期望轨迹对其进行线性化,得到线性的轨迹跟踪误差模型。基于扩展卡尔曼滤波器设计车辆状态观测器,估计车辆的航向角。通过对期望轨迹进行基于三次Bezier曲线的自适应拟合得到轨迹跟踪的前馈控制信息,并利用iLQR得到最优控制序列。基于Simulink进行半挂式车辆轨迹跟踪的仿真实验析,结果显示该控制器能够使半挂式车辆快速且稳定地跟踪期望轨迹,并且满足跟踪精度的要求。     

LMI-based robust voltage tracking control for a class of renewable energy systems

This paper introduces a method of robust voltage tracking control for a class of renewable energy systems, which uses a linear matrix inequality (LMI)-based approach. A remodeling method is introduced where the nonlinear model of the renewable energy system is represented as a nonlinear combination of linear subsystems with state-dependent parameters (the so-called linear state-dependent parameter system model, LSDPM). Next, the remodeling method is applied to a boost converter, a photovoltaic (PV) system, and a wind energy conversion system as examples. A robust output voltage tracking approach is proposed based on the LSDPM. Using Lyapunov’s direct method, controller stability analyses are expressed as LMI formulations. Powerful numerical toolboxes then solve for the controller gains. The advantages of this approach include: i) the generalized remodeling technique is applicable to a wide variety of renewable energy systems; ii) it creates a unified LMI-based design framework for multiple control objectives; iii) it provides numerically solved control gains; and iv) it provides robust tracking control for the multiple objectives of renewable energy systems. Using an LMI-based robust voltage tracking controller is an accurate and effective method of control for many types of renewable energy systems. Finally, practical DSP-based experiments are carried out using the buck converter as an example. The satisfactory results of these experiments verify the theoretical derivations for this control method.     

基于LMI的结构主动控制系统故障诊断与隔离设计

基于H∞鲁棒控制原理,提出了结构主动控制系统故障检测器的设计方法,形成了结构主动控制系统的故障诊断与隔离技术(fault detection and isolation,FDI)。首先根据H∞控制目标提出了FDI系统的模型,将故障信号的检测问题转化为一个鲁棒控制问题,应用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)算法解出H∞最优控制器,即故障检测器。通过一个三层框架结构的数值算例验证了设计的有效性。该研究工作为结构主动控制系统的健康检测提供了参考,为进一步进行容错控制的研究奠定了基础。     

Adaptive backstepping motion control of induction motor drives

Abstract

In this paper, an adaptive backstepping controller is proposed for position tracking of a mechanical system driven by an induction motor. The mechanical system is a single link fixed on the shaft of the induction motor such as a single‐link robot. The backstepping methodology provides a simpler design procedure for an adaptive control scheme and provides a method to define the sliding surface if the robust slidingmode control is applied. Thus, the backstepping control can be easily extended to work as an adaptive sliding‐mode controller. The presented position control system is shown to be stable and robust to parameter variations and external disturbances. The effectiveness of the proposed controllers is demonstrated in experiments.     

不确定电液位置伺服系统的动态面跟踪控制

针对一类含有动态不确定性的双作用液压缸电液伺服系统跟踪控制问题,采用动态面控制方法设计了一个鲁棒自适应跟踪控制器.由于在逆推设计过程中加入了低通滤波器使得该方法不用对模型非线性进行多次微分,因而设计方法简化.所设计的自适应鲁棒控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐近跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整.数字仿真结果表明,控制系统对给定位置的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性,具有较强的鲁棒性.     

基于迟滞观测器的压电堆补偿控制

压电堆具有反应速度快、能量密度高等特点被广泛应用于精密仪器的作动装置。然而,压电堆输出位移与驱动电压之间存在的迟滞效应会严重影响控制精度。为了补偿迟滞效应带来的影响,提升控制效果,提出了一种基于滑模变结构理论的类Luenberger迟滞观测器,观测器的设计不仅考虑到了模型中的不确定因素,还可在一定程度上减小外部扰动带来的影响。根据反步滑模控制理论设计了一个基于迟滞补偿系统的跟踪控制器,控制器在设计过程中考虑到了观测器的迟滞补偿误差,且具有一定的鲁棒性。通过仿真及试验验证,证明了所设计的控制系统能够良好地对压电堆实施跟踪控制,且控制效果优于传统控制器。     

车辆半主动座椅悬架自适应模糊滑模控制

针对含有人体模型的五自由度半主动座椅悬架系统,设计一种基于趋近率的滑模控制器。通过引入自适应控制算法,对系统模型简化过程中产生的扰动及外界干扰进行估计,并在简化模型的基础上采用模糊算法,对滑模控制中趋近速率参数进行优化,在保证趋近速率的同时,提高系统的鲁棒性;采用双曲正切函数替代切换项中的符号函数使得系统在切换过程中更加连续,有效降低滑模控制中的抖振问题;根据Lyapunov稳定判据证明了系统的鲁棒稳定性。数值仿真表明,采用该控制器的座椅悬架较采用PID控制及被动控制的座椅悬架减振效果得到了明显改善,C级路面上时座椅悬架振动加速度值相较于PID控制与被动控制的座椅悬架分别下降25.1%与57.2%,冲击工况下分别下降16.9%与63.7%,并具有较好的跟踪性能。     

电液伺服系统的逆向递推鲁棒自适应控制

针对电液伺服系统存在的非线性特性、参数不确定性,且不确定性不满足匹配条件,引入虚拟控制量的概念,提出了一种逆向递推鲁棒自适应控制方法。该方法把整个系统分成了一个二阶和一个一阶两个子系统,对其进行递推式的分步自适应控制,从而简化了控制器的设计,使计算量大为减少;利用参数自适应和鲁棒控制相结合的方法,使控制器具有较强的抗干扰性。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能,与采用 PID 的控制方法相比,系统具有更好的控制性能及更强的抗干扰性。     

Two-step approach to robust deadlock control in automated manufacturing systems with multiple resource failures

ABSTRACT

In an automated manufacturing system (AMS), resource failures are inevitable, which renders the existing deadlock control policies for AMSs without considering resource failures ineffective. For the AMSs with multiple unreliable resources, in this paper, a method is developed for robust deadlock resolution using the framework of Petri nets (PNs). The considered AMSs are modeled with PN models called system of simple sequential process with resources (S³PR). An unreliable S³PR (U-S³PR) is obtained by adding recovery subnets that model the resource failures and recovery procedures of the places where resource failures may happen. Based on the model, a two-step approach is developed to design a robust controller. At Step 1, we use a siphon-based deadlock control method to analyze the behavior with resource failures and propose an incomplete robust deadlock controller for a U-S³PR. At Step 2, a reachability-graph-analysis-based method is utilized to consummate the robust deadlock controller. Then, a robust liveness-enforcing supervisor is derived to make an unreliable S³PR live even if multiple types of resources break down. Finally, the proposed method is illustrated by using an example.     

振动鲁棒控制研究Ⅱ—仿真算例

以柔性悬臂梁为对象,采用压电作动器和传感器,基于 控制理论设计鲁棒控制器,对梁进行振动控制。详细给出了控制器设计过程,包括模型参数误差,模型不确定性加权函数的选择以及性能加权函数的设计。对闭环系统进行了全面的仿真分析,在时域和频域对比了开环和闭环的性能,考察了参数摄动时闭环的鲁棒稳定性。分析结果验证了 控制理论用于结构振动控制的有效性。     

基于线性矩阵不等式的鲁棒跟踪控制器的设计

当系统部件(传感器、执行器)发生故障时,控制器的实际输出信号值将与准确值存在一定的偏离,这种控制信号的偏离可能破坏系统的稳定性。本文提出了最优增益裕量鲁棒跟踪控制问题,其目的是最大限度地抵御控制信号偏离对系统产生的影响。通过直升机飞行控制模型的实例仿真,验证了本文提出设计方法的可行性;并通过最优增益裕量鲁棒跟踪系统与正常鲁棒跟踪系统的比较,进一步说明了最优增益裕量鲁棒跟踪控制对提高系统的可靠性是必要的和有效的。