神经网络自抗扰全垫升气垫船航迹控制

针对全垫升气垫船与常规水面船相比,非线性强,可操纵性较差,设计了神经网络自抗扰航迹引导控制器及航向控制器,以提高其航迹控制效果.利用非线性跟踪微分器(TD)提取微分信号并安排过渡过程.利用扩张状态观测器(ESO)对系统内、外扰动进行观测,并进行扰动补偿.利用非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)提供精确控制量.为了提高自抗扰控制器( ADRC)的自适应性,利用递归网模型(RNM)对系统进行辨识,根据辨识信息对ADRC控制参数进行在线整定.仿真结果表明:在强扰动作用下,所设计航迹控制系统能够使全垫升气垫船精确地保持在计划航线上,具有自适应性强、超调量小、鲁棒性强等特点.     

基于模型参考自适应的四旋翼飞行器反步控制

针对四旋翼飞行器易受干扰的问题,本文提出了一种基于模型参考自适应的反步控制方法,在外界气流干扰和内部参数不确定的情况下,保证四旋翼飞行器稳定平滑地跟踪参考信号。将四旋翼飞行器的飞行控制系统分解为水平位置控制子系统与高度和姿态控制子系统,并对两个子系统分别设计反步控制器,然后在高度和姿态控制子系统应用模型参考自适应控制,提高该子系统的抗干扰性能,从而进一步改善水平位置控制性能,同时采用Lyapunov稳定性理论,证明整个闭环系统渐近稳定。仿真结果表明,该算法能够有效抑制外界气流干扰,对负载不确定性具有较强的自适应能力,有效提高系统的稳定性和抗干扰性能。该研究具有一定的理论和实际应用价值。     

带有指令滤波的板球系统反步滑模控制的研究

为解决滑模控制中出现的抖振现象影响板球系统轨迹跟踪控制性能的问题,提出了一种结合指令滤波的板球系统反步滑模控制方法。首先建立板球系统数学模型,根据系统误差方程设计总滑模控制规律。然后组建带有指令滤波的复合系统,设计误差反步控制器。最后利用Lyapunov理论证明了整个闭环系统的全局渐进稳定性。仿真结果表明,该方法有效的抑制抖振现象,进一步加强了抗干扰能力。     

狭窄弯曲航段自动航迹控制方法研究

针对狭窄弯曲航段人工操船难度较大的问题,研究该环境下的自动航迹控制方法。为优化传统PID控制参数,引入最优控制策略,提出最优PID航向控制方法,可随船速和外界环境的变化实时调整PID参数。为精确控制航速以提高舵效,提出基于二分法的航速控制方法。考虑航向、航速控制二者的耦合关系,提出基于模型预测和反馈补偿的航迹控制方法。以蓝塘海峡出港航道为实验水域,在该水域分别进行了静水和环境干扰下的对比仿真实验。结果表明：静水中最优PID的最大航迹偏差为2 m,传统PID的最大航迹偏差为8 m,最大航速偏差为0.21 kn;风速12 m/s、波幅3 m、流速1.2 m/s环境干扰下,最优PID的最大航迹偏差为23 m,传统PID的最大航迹偏差为48 m,最大航速偏差为0.25kn;航迹控制方法与“先减速再加速”、“挂高取矮”等实践做法相一致。     

基于数据驱动的鲁棒反步自适应巡航控制

为了实现高精度的鲁棒自适应巡航控制（ACC）,提出基于数据驱动的鲁棒反步自适应巡航控制算法. 利用反步技术设计虚拟控制器,将车辆间距控制转化为速度控制,避免速度相关型间距策略带来的间距与速度控制耦合;构建基于数据的耦合滑模面并设计状态观测器,补偿车辆复杂的非线性动力学特性、离散误差及外部干扰,提升控制算法的鲁棒性;利用反馈控制及鲁棒控制技术设计数据驱动的ACC鲁棒控制算法;分别选取固定时间间距、变时间间距策略,利用所提ACC算法及基于比例积分（PI）的ACC算法进行车辆自适应巡航控制对比仿真验证. 对比实验结果表明,所提算法在控制精度、鲁棒性方面具有优越性.     

具有参数不确定被动力伺服系统的反步控制

针对被动式力伺服系统的参数变化和多余力矩问题,在建立系统非线性模型的基础上,设计一种自适应反步控制器.并利用Lyapunov稳定性定理证明了设计控制器的稳定性.该控制器考虑了系统主要参数变化和承载系统的扰动,将系统方程重组成多个虚拟子系统,利用反步控制思想对每个虚拟系统设计虚拟控制量,通过反步递推得到含有参数变化与承载系统扰动的非线性控制器.仿真结果表明:与传统控制器相比,该自适应反步控制器能更好地抑制多余力矩,证明了所设计控制器的有效性.     

Boost变换器鲁棒平滑模反步控制器设计

针对B oost变换器的输入电压波纹干扰问题,设计了基于b ack-stepping方法的平滑模反步控制器,不但保证了系统的良好鲁棒性,而且削弱了普通滑模控制的抖动现象,最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性。     

基于指令滤波的板球系统误差反步控制器研究

针对存在未知扰动条件下板球系统的轨迹跟踪控制精度不高的问题,研究了一种基于指令滤波的误差反步控制方法。首先,建立板球系统模型,引入二阶指令滤波器,滤除小球位置和速度状态变量的噪声干扰。其次,逐步选取李雅普诺夫函数,设计误差反步控制器,克服系统受到的外界干扰,实现对输入信号的渐进跟踪控制。最后,通过李雅普诺夫理论证明系统稳定性。仿真结果表明,该控制器能够有效抑制干扰,精确地完成轨迹跟踪任务。     

Lotka-Volterra捕食系统的反步控制设计

通过反步设计方法,研究了Lotka-Volterra捕食模型的全局稳定化问题,得到了使闭环系统在正平衡点处全局渐近稳定的控制规律,其控制效果通过了数值模拟的验证．     

多操纵面气垫船的极区运动特性与控制方法研究

为了研究极区气垫船在敷雪冰层上运动特性和多操纵面协调控制方法,本文建立了一种极区气垫船的冰面运动学模型,分析了极区运动特点和操纵难点,提出了一种多操纵面气垫船的极区运动控制体系结构,可实现空气桨、空气舵和矢量喷管等6个操纵面的协调分配控制。仿真结果表明：极区气垫船在侧风条件下操纵极易发生侧滑和甩尾,本方法可有效解决气垫船极区操纵过程中的航向稳定控制问题,并利用矢量喷管较好地抑制了危险的侧滑运动,分析得到了极区操纵的抗侧风能力曲线,为气垫船在极区的运动控制技术和安全控制策略的研究提供了一种有效与可行解决方法。     

基于backstepping方法的单元机组协调系统非线性控制

基于非线性backstepping方法,针对典型单元机组的机、炉协调系统非线性模型,引入虚拟控制变量,逐步构造出偏差信号的李雅普诺夫函数,设计出了综合非线性控制器。该控制器不仅保证了系统稳定性,而且能够实现跟踪误差收敛于零。仿真试验验证了这种非线性方法在协调系统控制器设计中是可行的。     

欠驱动水面船舶的曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动水面船舶的航迹跟踪控制面临着本质非线性、强耦合和无法线性化处理的控制等问题,首先通过对欠驱动水面船舶航迹控制系统的非线性模型.进行全局微分同胚和反馈变换,构造了由2个级联的子系统构成的航迹跟踪误差系统,然后基于反步法的设计原理,运用Lyapunov直接方法对变换后的误差系统设计了航迹跟踪控制律,该控制律可以实...     

基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制

针对一类输入受限的非匹配不确定非线性系统,提出了一种抗饱和自适应反步控制方法.利用模糊干扰观测器在线逼近系统的未知非匹配不确定及干扰,采用反步控制方法设计自适应控制器.控制系统设计中引入限幅滤波器,有效降低了控制输入饱和对系统稳定性的影响,并且控制器设计无需对虚拟控制律进行重复求导.利用李亚普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了该方法的有效性.     

船舶航向反步自适应控制

针对反步控制算法控制参数多、难整定的问题,经过理论分析提出基于期望指标的二阶系统参数整定方法.将系统变换为二阶系统形式,在选取闭环系统的自然频率、阻尼、闭环系统调节时间与超调量后,确定系统闭环极点,由极点整定了两个关键控制参数,积分增益取值参考PID控制器中积分时间参数的方法整定.在海浪干扰和船舶模型参数出现很大摄动的情况下,对所设计控制器进行了仿真试验,结果表明,所设计的控制器具有很好的鲁棒性,提出的整定控制器参数方法是可行的.     

一类不确定非线性系统基于Backstepping的自适应跟踪控制

研究了一类非匹配不确定性非线性系统自适应跟踪问题,在假设系统模型不确定参数未知时,结合Backstepping的递推方法和鲁棒控制技术,经过多步递推设计了输出反馈控制器和参数自适应控制律.通过控制参数调节,对存在非匹配不确定性和未知干扰的非线性系统实现了输出跟踪.基于Lyapunov稳定性理论所设计的控制器不仅使系统的输出跟踪给定的期望输出,而且使得系统对于所允许的不确定系统状态全局一致有界.与经典反演设计相比,本方案允许非参数化不确定性,增强了控制系统的鲁棒性.最后的仿真算例验证所设计控制方法的有效性.     

基于反馈增益反步法的非完整约束移动机器人路径跟踪控制

为实现非完整约束轮式机器人的路径跟踪控制,采用虚拟向导方法建立跟踪误差方程,基于李亚普诺夫稳定性理论,设计了一种基于反馈增益的反步法控制器,既能通过控制反馈增益的调节补偿机器人动态误差模型中的非线性项对系统的影响,又能避免传统反步法控制器中存在虚拟控制的高阶导数的问题。仿真结果表明:设计的控制器参数易于调节,可实现轮式移动机器人对任意曲线路径的精确跟踪。     

基于扩张状态观测器与动态面控制的可重构模块机器人反演分散控制

针对可重构模块机器人控制中各子系统间关联项难以处理的问题,提出了一种基于三阶扩张状态观测器(ESO)和动态面控制(DSC)的反演分散控制方法。利用三阶ESO对各关节耦合的关联项及建模不确定性进行实时的估计和补偿,并利用粒子群算法(PSO)自适应调整ESO中的参数。在设计反演分散控制器时,为了克服对虚拟控制量进行重复求导运算而导致的所谓"计算膨胀"问题,采用基于动态面控制的方法设计反演分散控制器,并对所设计的分散控制器的Lyapunov稳定性进行了分析。将该控制策略应用于一个四自由度可重构模块机器人的轨迹跟踪控制中,仿真结果验证了该控制器对处理关联项及反演控制中"计算膨胀"问题的有效性。     

反步法在非线性控制中的应用

针对一类严参数反馈系统或经过变换可化为该种类型的非线性系统,基于反步(backstepping)递推设计方法,进行了自适应控制的设计。在此过程中,获得了对参数进行修正的规则。应用Lyapunov稳定性理论证明,该自适应控制器可保证整个非线性系统的鲁棒稳定性。和有关文献中提出的设计自适应控制器所应用的方法相比,反步法引进了虚拟控制的概念,通过适当的引入虚拟控制,使得系统误差具有期望的渐近形态,从而实现整个系统的渐近镇定。     

反步法在非线性控制中的应用

针对一类严参数反馈系统或经过变换可化为该种类型的非线性系统，基于反步（backstepping）递推设计方法，进行了自适应控制的设计。在此过程中，获得了对参数进行修正的规则。应用Lyapunov稳定性理论证明，该自适应控制器可保证整个非线性系统的鲁棒稳定性。和有关文献中提出的设计自适应控制器所应用的方法相比，反步法引进了虚拟控制的概念，通过适当的引入虚拟控制，使得系统误差具有期望的渐近形态，从而实现整个系统的渐近镇定。     

Adaptive backstepping control for levitation system with load uncertainties and external disturbances

To explore the precise dynamic response of the levitation system with active controller, a maglev guide way-electromagnet-air spring-cabin coupled model is derived firstly. Based on the mathematical model, it shows that the inherent nonlinearity, inner coupling, misalignments between the sensors and actuators, load uncertainties and external disturbances are the main issues that should be solved in engineering. Under the assumptions that the loads and external disturbance are measurable, the backstepping module controller developed in this work can tackle the above problems effectively. In reality, the load is uncertain due to the additions of luggage and passengers, which will degrade the dynamic performance. A load estimation algorithm is introduced to track the actual load asymptotically and eliminate its influence by tuning the parameters of controller online. Furthermore,considering the external disturbances generated by crosswind, pulling motor and air springs, the extended state observer is employed to estimate and suppress the external disturbance. Finally, results of numerical simulations illustrating closed-loop performance are provided.