随机非线性严格反馈系统的自适应神经网络输出反馈镇定

针对具有严格反馈形式的随机非线性系统, 首次引入神经网络控制技术, 设计了适当形式的随机控制 Lyapunov函数, 并运用反推(Backstepping)技术和非线性观测器设计技术, 构造出一类自适应神经网络输出反馈控制器. 在一定条件下, 证明了闭环系统平衡点依概率稳定. 仿真算例验证了所给控制方案的有效性.     

线性系统的动态输出反馈最优扰动抑制

首先通过求解Riccati方程和Sylvester方程,推导出前馈反馈最优扰动抑制控制律．然后构建了能同时预估状态和扰动的降维观测器,解决了前馈控制的物理不可实现问题．进而结合降维观测器和前馈反馈最优控制律,提出了一种动态输出反馈扰动抑制控制器的设计算法．最后通过仿真实例表明本文提出的控制算法的可行性．     

一般严格反馈型非线性系统的自适应控制

研究一般严格反馈型非线性系统的控制问题．假设系统的对象模型、状态均未知,只有输出是可测的．应用自适应模糊神经推断系统辨识对象模型,状态观测器设计为Luenberger型,控制器由反步控制、变结构控制和3层神经网络直接控制综合而成．理论分析和仿真研究都说明此方案能够有效地控制只有输出可测的一般严格反馈型非线性系统．     

一类非线性系统输出反馈自适应扰动抑制

研究了一类依赖于不可量测状态增长非线性系统的输出反馈自适应扰动抑制问题. 与现有文献不同, 所研究的系统具有更多的未知参数, 尤其是不确定控制系数. 为了解决该 问题, 引入了动态高增益K-滤波器, 进而构造了基于K-滤波器的状态观测器. 在输出反馈控制器的设计过程中, 引入了待定设计参数, 增加了设计的自由度. 结果表明, K-滤 波器的动态增益和设计参数的恰当选择可以保证闭环系统的全局稳定性, 从而实现系统 L2-增益意义的扰动抑制.     

基于状态观测器的非理想输入不确定组合大系统的输出反馈分散镇定

基于状态观测器,讨论了不确定相似组合系统的鲁棒分散输出反馈镇定问题,系统的输入是非理想的,不确定项存在于系统内部和各子系统的关联项中,它们可能是非线性或时变的,且满足通常的匹配条件,使用变结构原理设计控制器,所设计的控制器保证系统渐近稳定,研究结果表明,系统的相似性有助于简化对系统的分析和设计;仿真结果表明,本文的方法是有效的。     

输出非对称死区的非严格反馈非线性系统控制

本文研究了具有输出非对称死区和状态含未知控制方向的非严格反馈非线性系统, 设计了稳定的自适应 神经网络控制器. 首先, 针对输出非对称死区的问题, 本文采用死区逆的方法, 构造光滑模型逼近原死区模型. 其 次, 在控制器设计过程中, 基于障碍Lyapunov函数的构造, 动态面控制和反步法, 设计出自适应控制信号, 虚拟控制 信号和实际控制信号. 通过稳定性分析, 证明所设计的神经网络控制器可以保证闭环系统内所有信号是半全局一致 最终有界. 最后, 通过MATLAB数值仿真, 说明所设计控制器的有效性.     

带有非匹配不确定性非线性系统的线性动态输出反馈镇定

研究了带有非匹配不确定性的SISO及MIMO仿射和非仿射非线性系统的动态输出反馈镇定问题,在仅要求标称系统为双曲极小相位,以及在对系统不确定部分做较弱限制下,分别为所论系统构造出了输出反馈形式的动态补偿器,它们均使相应的闭环系统为Lyapunov意义下的渐近稳定.所构造的补偿器为线性的,结构简单,易于实现.     

类严格反馈系统的模糊弱扰动解耦控制

大多数实际系统含有不确定项,且受到扰动的影响.采用模糊逻辑方法估计不确定项是降低不确定性影响的常见方法之一,而模糊近似扰动解耦是抑制扰动影响的主要手段.模糊近似扰动解耦对应的增益不等式包含无界项,所以无实际价值,为此提出模糊弱扰动解耦的控制方法.该方法采用模糊万能逼近定理估计不确定项,利用反步法设计控制器使得闭环系统具有弱扰动解耦性能,即闭环系统稳定且输出的范数不大于正常数加上扰动范数与正常数之积.仿真结果验证了模糊弱扰动解耦控制器能够保证闭环系统的弱扰动解耦性能.     

基于NDOB的匹配/非匹配不确定性系统滑模控制

针对一类n阶匹配与非匹配不确定性和扰动共存的系统,提出了一种新颖的基于非线性干扰观测器的滑模控制方法。将非匹配扰动的估计值融入到滑模面,设计了集成扰动观测的滑模控制。与传统的滑模控制方法相比,该方法在匹配与非匹配不确定性和扰动出现时具有较好的抑制能力,并能有效地抑制切换增益所引起的抖振现象。利用李雅普诺夫理论和输入-输出稳定性概念严格证明了闭环系统的稳定性。最后通过两个仿真实例验证了所提控制方法的有效性。     

航天器姿态输出反馈抗干扰跟踪控制

针对采用四元数描述的航天器姿态运动模型研究输出反馈抗干扰跟踪控制问题.首先在姿态运动模型的基础上,结合四元数的性质设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来估计角速度和干扰力矩,从理论上保证了ESO中的四元数状态满足范数约束,并证明了观测误差的收敛性;进一步利用互连和阻尼分配无源控制(interconnection and damping assignment passivity-based control,IDA--PBC)理论设计控制律,通过姿态和角速度误差状态变换以及引入误差积分项,使得期望的姿态和角速度误差,以及积分项误差运动方程中均出现阻尼项,提高了系统的抗干扰性能,最后利用Laypunov函数证明了闭环系统一致最终有界稳定.仿真结果验证了所设计ESO和IDA--PBC控制律的有效性.     

On active disturbance rejection control for nonlinear systems with multiple uncertainties and nonlinear measurement

The paper proposes a novel control design for nonlinear systems with multiple uncertainties and nonlinear measurement. The output linearization is utilized to handle the nonlinearities in system dynamics and measurement. Firstly, the integrator chain for nonlinear systems with multiple uncertainties is analyzed. Based on the fundamental integrator chain form, the equivalent total effect of multiple uncertainties is summarized as total disturbance. By timely estimating and compensating for the total disturbance, an active disturbance rejection control design to handle both multiple uncertainties and nonlinear measurement is proposed. Moreover, the transient performance of the corresponding closed‐loop system is rigorously studied, which theoretically reveals the high consistence of the tracking performance despite various multiple uncertainties.     

Output feedback stabilisation for a cascaded wave PDE-ODE system subject to boundary control matched disturbance

In this paper, we consider output feedback stabilisation for a wave PDE-ODE system with Dirichlet boundary interconnection and external disturbance flowing the control end. We first design a variable structure unknown input type state observer which is shown to be exponentially convergent. Then, we estimate the disturbance in terms of the estimated state, an idea from active disturbance rejection control. These enable us to design an observer-based output feedback stabilising control to this uncertain PDE-ODE system.     

Nonlinear disturbance observer-based control for multi-input multi-output nonlinear systems subject to mismatching condition

For a multi-input multi-output (MIMO) nonlinear system, the existing disturbance observer-based control (DOBC) only provides solutions to those whose disturbance relative degree (DRD) is higher than or equal to its input relative degree. By designing a novel disturbance compensation gain matrix, a generalised nonlinear DOBC method is proposed in this article to solve the disturbance attenuation problem of the MIMO nonlinear system with arbitrary DRD. It is shown that the disturbances are able to be removed from the output channels by the proposed method with appropriately chosen control parameters. The property of nominal performance recovery, which is the major merit of the DOBCs, is retained with the proposed method. The feasibility and effectiveness of the proposed method are demonstrated by simulation studies of both the numerical and application examples.     

时延系统的自抗扰动态面控制

本文针对高阶时延系统同时存在系统不确定性和未知输入时延的情况,考虑控制器信号的复杂性问题,在动态面控制方法的基础上,引入自抗扰控制技术设计了自抗扰动态面控制器.利用反步法设计动态面控制信号,采用跟踪微分器对虚拟控制信号滤波,避免了由于对虚拟控制信号重复微分产生的"复杂性爆炸"问题;在控制信号的基础上叠加扰动补偿项,补偿项由扩张状态观测器实时在线估计产生,保证了控制信号的实时性,同时简化了控制器结构以便于实际应用.在闭环系统稳定性判别中运用李雅普诺夫理论做出详细分析.最后,数值仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

一类非线性切换系统输出与扰动的解耦

研究了一类单输入单输出非线性切换系统输出与扰动的完全解耦的可解性问题,提出了此类非线性切换系统输出与扰动的完全解耦的充要条件,并进一步给出了干扰可测并且能够用于反馈控制律的设计的情况下系统输出与扰动的完全解耦的条件.最后给出了仿真实例说明了本文结果的有效性.     

Anti‐disturbance control for nonlinear system via adaptive disturbance observer

This paper addresses the problems of disturbance estimation and anti‐disturbance control for nonlinear system with exogenous disturbance, which is generated from an unknown exogenous system. The state observer and the adaptive disturbance observer are designed, simultaneously. Compared with the existing methods, which assumed that the exogenous system parameter matrix was known, our disturbance observer is more applicable in practice. Utilizing the estimation information, an observer‐based dynamic output feedback controller is designed, which avoids the influence of output disturbance on the closed‐loop system, and contains a disturbance compensation term to compensate the input disturbance. Finally, simulations are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

带有控制饱和约束的航天器交会输出反馈控制

针对航天器交会问题存在外部干扰和输入饱和的情况, 本文提出了一个输出反馈跟踪控制器. 仅利用测量得到的相对位置信息, 设计了一个滑模观测器用来估计相对角速度, 并根据该估计值设计了一个鲁棒反步控制律. 通过引入一个辅助系统, 对输入饱和情况进行了分析. 采用Lyapunov 稳定性理论, 证明了本文提出的该控制器能够保证位置和速度跟踪误差的一致有界性. 最后通过数值分析验证了所设计的输出反馈控制器的有效性.     

比例阀控电液系统抗扰换向滞后补偿反步控制

针对比例阀存在换向滞后,电液系统受到的外部干扰,液压油弹性模量随渗入的空气变化、未建模动态,这些因素增加了设计电液位置控制器的难度,本文使用线性扩张状态观测器(LESO)对比例阀控电液系统的内部扰动、外部扰动、未建模动态进行估计,将虚拟控制量的非线性函数纳入抗扰反步控制器设计,实现比例阀控电液系统换向滞后补偿.分析了闭环系统的稳定性,证明当扰动导数有界时,观测误差和跟踪误差都有界,调整控制器增益与非线性项参数可使跟踪误差收敛到原点附近,仿真和实验表明,本文设计的控制器能显著缩短比例阀换向滞后、提高电液位置控制系统的跟踪速度、精度与抗扰能力.     

轮式移动机器人的位置量测输出反馈轨迹跟踪控制

针对机器人的姿态角难以精确测量的困难,本文研究基于位置测量的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题.首先提出一种利用机器人的位置信息估计其姿态角的降维状态观测器,当机器人的线速度严格大于零时,可保证姿态角观测误差的指数收敛.然后给出一种新的状态反馈轨迹跟踪控制律,当参考轨迹满足一定的激励条件时,可以保证机器人的线速度严格大于零且跟踪误差全局渐近收敛.进一步结合姿态角观测器和状态反馈控制律,得到一种输出反馈轨迹跟踪控制算法.理论分析表明,当参考轨迹满足一定的激励条件时,所提出的输出反馈控制算法可以保证跟踪误差的全局渐近收敛.最后对所提出的姿态角观测器、状态反馈和输出反馈轨迹跟踪控制算法进行了仿真验证,证实了算法的有效性,并且当存在位置测量误差时,所提出的输出反馈轨迹跟踪控制算法仍可以保证机器人对参考轨迹的实际跟踪.