船舶航向非线性H∞逆优化输出反馈控制

为抑制船舶航向非线性优化控制中模型参数摄动和由状态观测器引入的不确定观测误差,提出了一种非线性H∞逆优化控制算法.首先,基于无源理论设计观测器以实现海浪滤波,该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,考虑模型参数摄动对观测误差的影响,给出了描述系统局部(全局)性态的局部(全局)H∞优化性能指标.在以广义黎卡提方程(GARE)对局部优化问题的求解的基础上,应用逆优化方法将全局H∞优化问题转化为构造闭环系统的Lyapunov函数问题,得到同时满足两种指标的优化控制器,并证明了稳定性.仿真结果证明了该算法的有效性.     

基于反步自适应神经网络的船舶航迹控制

针对欠驱动船舶在稳定航速条件下轨迹跟踪问题,提出了一种基于自适应神经网络与反步法相结合的控制算法.该算法将实际的欠驱动船舶视为模型完全未知的非线性系统,利用神经网络的函数逼近特性实现控制器中非线性部分的在线估计,采用同时调整输入层-隐层、隐层-输出层间的权值阵的方法进行神经网络权值调整.通过选取积分型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性.仿真实验表明该控制策略具有良好的跟踪特性,可以实现对期望航迹的精确跟踪.     

船舶航向自适应控制算法及仿真

本文介绍了一种以航向最佳跟踪为目标的控制参数直接优化的自适应控制算法，避免了对船舶系统参数的直接辨识，并根据船舶运动的数学模型进行了仿真，其结果表明该种算法具有良好的调节性能。     

垂直面欠驱动自治水下机器人定深问题的自适应输出反馈控制

针对垂直面欠驱动自治水下机器人(AUV)定深控制问题,本文仅使用可测量的深度和纵摇角信息,基于反步法设计自适应输出反馈控制器.为此首先设计观测器,实现不可测纵摇角速度反馈;再利用径向基神经网络对不确定水动力系数和纵荡、垂荡及纵摇角速度耦合产生的非线性结构进行补偿;采用自适应策略对纵荡和垂荡速度形成的有界干扰进行抑制.本文采用AUV一阶非完整模型,不以线性化为目的,放宽了纵摇角只能在小范围内变化的限制.最后通过理论证明和仿真实验表明该方法能够实现AUV深度和姿态控制,对未建模非线性动态和有界扰动具有很强的自适应性和鲁棒性.     

非线性严格反馈系统自适应非反步输出反馈控制

针对传统反步控制器设计方法存在复杂度爆炸、参数收敛难、控制奇异、需全系统状态已知等问题,提出一种新的可保证参数收敛的未知系统动态辨识和非反步输出反馈自适应控制方法.首先,通过定义新的状态变量和系统等价变换,将严格反馈系统状态反馈控制转化为标准系统的输出反馈控制,进而设计包含高阶微分器的自适应单步控制器,避免反步递推设计的问题;然后,采用两个神经网络对系统集总未知动态进行估计,避免传统控制方法在未知控制增益在线估计过零引发的奇异问题;最后,构造一种新的自适应算法在线更新神经网络权值确保其收敛到真实值,进而实现对未知系统动态的精准辨识.基于Lyapunov定理的分析表明,跟踪误差和估计误差均可收敛到零点附近紧集.基于液压伺服系统模型的对比仿真验证了所提出方法的有效性和优越性.     

基于自适应滑模的喷水推进船舶航向控制

关于船舶航行优化控制,针对喷水推进船舶的航向稳定性控制问题,根据模型中非线性水动力不确定性和外界干扰,提出了基于PID增益调节的自适应滑模控制方法, 并利用Lyapunov稳定性理论证明控制方法的稳定性.控制方法对于模型参数摄动和外界干扰有较好的鲁棒性,PID增益参数的选择可通过在线自适应学习获得,采用边界层方法对设计的滑模控制器的高频抖振加以合理抑制.以一艘喷水推进船舶为例,进行了航向改变的仿真,结果表明设计的控制器具有船舶操纵的良好动态性能,且具有超调小、鲁棒性强的优点,更加符合船舶航向实时控制的工程要求.     

基于ESO的船舶航向鲁棒自适应控制

针对具有内部未建模动态和外部不确定扰动的水面船舶设计一种鲁棒自适应航向控制器,并同时解决转向过程中的漂角补偿问题.基于二阶非线性Nomoto模型和一阶漂角模型,建立非积分链结构的漂角-航向非线性状态空间模型,将航向控制系统未建模动态与外部不确定扰动合并为复合扰动,应用扩张状态观测器估计模型中的未测量状态和系统复合扰动.基于Lyapunov稳定性理论和自适应反步法设计航向状态反馈控制规律,为避免反步法控制过程中的微分爆炸问题,采用动态面控制技术获取虚拟控制信号的近似导数.所提出的扩张状态观测器和航向控制算法能够保证闭环系统内所有误差信号一致最终有界,提高航向保持和转向过程中的航向跟踪精度.仿真结果验证了所提出的航向控制规律的有效性.     

一类非线性系统的微分平滑反步自适应输出反馈控制

研究了一类含不确定参数且存在未知扰动的严反馈非线性系统输出反馈控制问题,设计了一种新型的反步递推(Backstepping)自适应控制器.为实现输出反馈,设计过程引入了虚拟的全维状态观测器.由于Backstepping的虚拟控制量与未知参数逼近值及其高阶导数有关,为此通过微分平滑算法对原系统进行相应的动态扩展.在稳定性分析中,利用Lyapunov定理,得到了系统全局一致有界稳定的条件,并求出系统的稳态跟踪误差.最后给出的仿真算例验证了本文方法的有效性和可行性.     

船舶动力定位非线性自适应反步控制器设计

针对扰动不确定非线性船舶动力定位问题,提出了一种带观测器的不确定扰动非线性船舶动力定位自适应输出反馈控制.设计了一个非线性观测器,从附有噪声的输出中估计出船舶位置以及运动速度.用滤波后的位置信号,针对扰动不确定非线性船舶设计带观测器的自适应反步控制器,该控制在Backstepping设计方法的基础上引入积分环节,对存在未知参数和动态不确定扰动的船舶能有效的改善系统性能.根据Lyapunov稳定性理论证明所设计的控制器是全局渐近稳定的,仿真结果验证了该方法的有效性.     

船舶航向模型参考模糊自适应控制器的设计

本文介绍了模型模糊自适应控制器的结构,调节机理。针对船舶航向控制,设计了参考模型模糊自适应控制器,并进行了仿真。与普通模糊控制器控制效果进行了比较,仿真表明参考模型模糊自适应控制有良好的控制性能。     

Adaptive dynamic surface control for a class of output-feedback nonlinear systems with guaranteed ℒ∞ tracking performance

In this article, an output-feedback adaptive dynamic surface control (DSC) is proposed for a class of nonlinear systems. It is proved that, by using the new scheme, the explosion of the complexity problem in a traditional backstepping design can be eliminated, the semi-global stability of a closed-loop system can be guaranteed and, in particular, by choosing the design parameters and initialising the filters and the update law properly, we show that the ?_∞ performance of the system-tracking error can be achieved without over-parametrisation. Another advantage of the proposed scheme compared with those traditional backstepping control and current adaptive DSC schemes, whose adaptive control law is obtained through a series of steps recursively, is that the adaptive law is needed only at the first design step, and therefore significantly reduces the design procedure.     

一类非线性时滞输出反馈系统的自适应控制

针对一类参数化非线性时滞输出反馈系统,提出了一种无记忆自适应跟踪控制器的设计方案.采用时滞滤波器估计系统状态,用Domination处理非线性时滞项,应用Backstepping技术设计控制器和参数自适应律.放宽了对时滞项的要求.通过构建一个Lyapunov＿Krasoviskii泛函,证明了闭环系统的稳定性,实现了对目标轨线的渐近跟踪,保证了所有信号一致有界.实例仿真说明了该方案的可行性.