发电机的非线性自适应逆推综合控制

发电机励磁和汽门系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合、不确定复杂系统,其综合控制将会改善电力系统稳定性和动态品质,所以设计简单、有效的综合控制器既必要又困难.针对单机无穷大励磁与汽门系统,运用自适应逆推方法和系统的Lyapunov函数,获得了发电机的非线性综合控制器和参数替换律,文中给出了该控制器的具体设计步骤.由于在控制器设计中没有运用任何线性化方法,因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性;同时考虑了发电机阻尼系数的不确定性,使得控制器对系统参数的变化具有很强的鲁棒性.数字仿真结果表明,所设计的控制器具有鲁棒性,并可有效地提高电力系统的稳定性.     

汽轮发电机主汽门开度非线性鲁棒控制

由于外界干扰以及各种故障的影响, 电力系统的结构并不是不变的, 因此其中的一些重要参数, 如输电线路电抗等, 总是包含某种不确定性. 针对含有参数不确定性的汽轮机调速系统, 使用自适应逆推方法及Lyapunov方法设计了非线性鲁棒汽门控制器, 基于该方法的设计, 设计过程系统、简明, 且不必对原系统进行线性化, 通过对单机无穷大系统的仿真表明了该控制器的有效性.     

一种新的数据驱动的非线性自适应切换控制方法

针对一类非线性离散时间动态系统, 提出了一种新的非线性自适应切换控制方法. 该方法首先把非线性项分解为前一拍可测部分与未知增量和的形式, 并充分利用被控对象的大数据信息和知识, 把非线性项前一拍可测数据与未知增量都用于控制器设计, 分别设计了线性自适应控制器, 带有非线性项前一拍可测数据补偿的非线性自适应控制器以及带有非线性项未知增量估计与补偿的非线性自适应控制器. 三个自适应控制器通过切换函数和切换规则来协调控制被控对象. 既保证了闭环系统的稳定性, 同时又提高了闭环系统的性能. 分析了闭环切换系统的稳定性和收敛性. 最后, 通过水箱液位系统的物理实验, 实验结果验证了所提算法的有效性.     

基于神经网络与多模型的非线性自适应广义预测控制

针对一类不确定非线性离散时间动态系统, 提出了基于神经网络与多模型的非线性广义预测自适应控制方法. 该自适应控制方法由线性鲁棒广义预测自适应控制器, 神经网络非线性广义预测自适应控制器和切换机制三部分构成. 线性鲁棒广义预测自适应控制器保证闭环系统的输入输出信号有界, 神经网络非线性广义预测自适应控制器能够改善系统的性能. 切换策略通过对上述两种控制器的切换, 保证系统稳定的同时, 改善系统性能. 给出了所提自适应方法的稳定性和收敛性分析. 最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性.     

运输机低空重装空投增益自适应滑模控制

本文针对带有不确定性且不确定性边界未知的低空重装备空投过程控制问题,提出了基于增益自适应全局滑模的飞行控制方法.该方法采用反馈线性化技术对重装空投过程模型进行线性化,解决了空投模型的强非线性问题,在此基础上,设计了切换增益自适应全局滑模控制器,保证了系统在响应全程的鲁棒性,克服了滑模到达阶段系统初始误差对切换增益自适应过程的影响.提出了一种改进的增益自适应方法,解决了滑动阶段的切换增益过度自适应问题.基于Lyapunov理论证明了控制器的稳定性和鲁棒性.仿真验证了控制方法的控制性能和优越性.     

TCSC控制的一种新自适应Backstepping方法

针对带有TCSC（Thyristor Controlled Series Compensator）的单机无穷大电力系统,提出一种新的TCSC自适应非线性控制Backstepping方法．该方法不仅保留了系统的非线性特性和对未知参数的实时在线估计,而且突破了经典的确定性等价性原理来设计参数估计器和动态反馈控制器．仿真结果表明,与基于传统自适应Backstepping得到的控制设计相比较,这种新方法在系统响应和自适应速度方面具有更优越的性能,从而为工程应用提供了一种有效的选择．     

一类未知参数非线性系统的自适应无源控制

对一类含有未知参数的本质非线性系统,通常的Backstepping方法无法应用.为此,提出一种基于状态反馈的自适应无源控制对策,通过对非线性系统进行反馈无源化控制,设计自适应无源镇定控制器和自适应无源输出跟踪控制器.设计中适当调节自适应无源控制器参数,能够保证闭环系统稳定且所有信号全局一致有界,从而解决了此类含有未知参数非线性系统的稳定性和输出跟踪问题.仿真算例验证了提出控制方案的有效性,表明系统具有较强的稳定性和跟踪特性.     

高阶不确定非线性系统线性状态反馈自适应控制设计

研究了一类控制系数未知的高阶不确定非线性系统的自适应镇定控制设计. 尽管该问题已经得到解决,但是所设计的控制器是非线性反馈形式,较为复杂. 与现有文献不同,本文通过综合运用增加幂积分技术和切换自适应控制方法,给出了该控制问题的更为简单且易于实现的新型线性反馈控制器,使得系统状态有界且最终趋于零. 值得指出的是,与切换自适应控制文献相比,本文所研究的非线性系统具有更严重的不确定/未知性和更强的非线性,这主要体现在未知的系统控制系数和更高的系统幂次中.     

基于扩展自适应Backstepping设计的TCSC非线性控制的新方法

首先针对一般的参数反馈型非线性系统提出一种扩展自适应Backstepp ing方法.该方法不仅保留系统的非线性特性和对未知参数的实时在线估计,而且突破经典的确定性等价性原理来设计参数估计器和动态反馈控制器.该方法可用于带有TCSC(thyristor controlled series compensation)的单机无穷大系统.仿真结果表明,该方法在系统响应和自适应速度方面优于传统的Backstepp ing方法.     

基于未建模动态补偿的非线性自适应切换控制方法

针对一类不确定的离散时间零动态不稳定的单输入-单输出(Single-input single-output, SISO)非线性系统,提出了一种基于未建模动态补偿的非线性控制器. 采用自适应神经模糊推理系统(Adaptive-network-based fuzzy inference system, ANFIS)和一一映射相结合的方法估计未建模动态.在此基础上,提出了由线性自 适应控制器、非线性自适应控制器以及切换机制组成的自适应切换控制方法.该方法通过对上述两种控制器的切换, 保证闭环系统输入输出信号有界的同时,改善系统性能.本文将要求未建模动态全局有界的条件放宽为线性增长, 建立了所提自适应控制方法的稳定性和收敛性分析.通过仿真比较和水箱的液位控制实验,验证了所提方法的有效性.     

Fuzzy adaptive output feedback control for a class of switched non-triangular structure nonlinear systems with time-varying delays

This paper investigates an adaptive fuzzy output feedback control design problem for switched nonlinear system in non-triangular structure form. The discussed system contains unknown nonlinear dynamics, unmeasured states and unknown time-varying delays under a batch of switching signals. Fuzzy logic systems are utilised to learn unknown nonlinear dynamics and construct a fuzzy switched nonlinear observer. By combining the property of fuzzy basis function with Lyapunov–Krasovskii functional and the command filter, a novel observer-based fuzzy adaptive backstepping schematic design algorithm is presented. Furthermore, the stability of the closed-loop control system is proved via Lyapunov stability theory and average dwell time method. The simulation results are presented to verify the validity of the proposed control scheme.     

Robust adaptive tracking control for a class of switched time-delay systems with application of vehicle roll dynamic control

The problems of stability and robust tracking control for a class of switched nonlinear systems with uncertain input and state delays are investigated in this study. In the presence of unknown functions and external disturbances, an adaptive fuzzy technique based on nonlinear disturbance observer is used to counteract the effects of external disturbances and approximate unknown functions. For this purpose, it is first assumed that a common Lyapunov function exists for the switched system, and then a new common Lyapunov–Krasovskii functional is built using the terms of the hypothetical common Lyapunov function. By employing this new function, the delay-dependent input-to-state stability (ISS) under an arbitrary switching signal is provided. The robust tracking control problem for this system is investigated next. Finally, to assure ISS and robust tracking performance, an adaptive control law is developed that ensures conditions of the aforementioned hypothetical common Lyapunov function. In addition, to demonstrate the efficiency of the proposed strategy, the aforesaid method is applied to a vehicle roll dynamic as well as a mass-spring system.     

Adaptive fuzzy backstepping control for a class of switched nonlinear systems with actuator faults

This paper investigates the problem of fault-tolerant control (FTC) for a class of switched nonlinear systems. These systems are under arbitrary switchings and are subject to both lock-in-place and loss-of-effectiveness actuator faults. In the control design, fuzzy logic systems are used to identify the unknown switched nonlinear systems. Under the framework of the backstepping control design, FTC, fuzzy adaptive control and common Lyapunov function stability theory, an adaptive fuzzy control approach is developed. It is proved that the proposed control approach can guarantee that all the signals in the closed-loop switched system are semi-globally uniformly ultimately bounded (SGUUB) and the tracking error remains an adjustable neighbourhood of the origin. Two simulation examples are provided to illustrate the effectiveness of the proposed approach.     

基于非线性L1自适应动态逆的飞行器姿态角控制

钊对常规动态逆控制器不能有效抵消系统中的不确定性这一缺点,提出了一种非线性L_1自适应动态逆控制方法.该方法能够克服常规动态逆的不足,在保证系统鲁棒性的前提下,提升飞行器姿态角控制效果.首先,采用时标分离原理,将姿态角控制系统分为内外两个回路:外回路采用常规动态逆控制器,用于姿态角的跟踪控制;内回路采用非线性L_1自适应控制器,用于角速率的控制.其中,L_1自适应控制器由静态反馈控制器和自适应控制器组成:静态反馈控制器通过状态反馈实现,用于保证内回路的稳定和具有期望的闭环特性;自适应控制器由状态观测器、自适应律和控制律组成,用于抵消系统中的不确定性.其次,对所提控制方法的稳定性进行了分析,结果证明了该控制方法能够保证内回路的稳定和外回路的误差有界.最后,在综合考虑多种不确定性的情况下,将本文提出的非线性L_1自适应动态逆控制方法用于某无人飞行器姿态角控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性和鲁棒性.     

具有预设性能的切换系统输出反馈自适应动态面控制

本文针对一类具有未建模动态和预设性能的输出反馈非线性切换系统,提出基于公共Lyapunov函数法的自适应输出反馈动态面控制方案.通过设计K滤波器和观测器估计不可测量的状态.引入动态信号处理动态不确定性.利用Nussbaum函数解决增益符号未知的问题.神经网络用于逼近由设计过程和理论分析所产生的未知连续函数.引入性能函数和误差转换器将预设性能控制问题转换为稳定性问题.通过适当选取切换子系统的初值,并利用动态面控制系统证明的特点,证明了闭环切换系统所有信号半全局一致终结有界.仿真例子验证了所提方案的有效性.     

Adaptive fuzzy switched control design for uncertain nonholonomic systems with input nonsmooth constraint

In this paper, a fuzzy adaptive switched control approach is proposed for a class of uncertain nonholonomic chained systems with input nonsmooth constraint. In the control design, an auxiliary dynamic system is designed to address the input nonsmooth constraint, and an adaptive switched control strategy is constructed to overcome the uncontrollability problem associated with x₀(t₀) = 0. By using fuzzy logic systems to tackle unknown nonlinear functions, a fuzzy adaptive control approach is explored based on the adaptive backstepping technique. By constructing the combination approximation technique and using Young's inequality scaling technique, the number of the online learning parameters is reduced to n and the ‘explosion of complexity’ problem is avoid. It is proved that the proposed method can guarantee that all variables of the closed-loop system converge to a small neighbourhood of zero. Two simulation examples are provided to illustrate the effectiveness of the proposed control approach.     

模糊自适应控制算法的新方案

针对一种标准形式的非线性系统,以Li—xin Wang提出的模糊算法为基础,设计了一种新的自适应模糊控制器,采用直接控制器代替原有的监督控制器．根据Lyapunov定理,在放宽稳定性条件的前提下,证明了此闭环系统的稳定性．同时,给出了直接控制器的范围,由此可以解决由于监督控制器而可能引起的控制器的大幅波动．通过对一阶、二阶控制系统的仿真,可见本算法能大幅度提高系统的响应速度、以及其他的动态响应性能．     

切换系统基于反演递推法的鲁棒自适应控制

切换系统的稳定控制问题是一个重要的研究问题。基于李雅普诺夫函数的方法是研究切换系统稳定性的重要手段,但是有约束非线性系统的李亚普诺夫函数构造仍是一个难题(特别是对带有不确定性的非线性系统)。针对一类带有不确定性的严格反馈型切换非线性系统,利用反演递推法(backstepping)设计了子系统的基于李亚普诺夫函数的鲁棒自适应控制器,并证明了子闭环系统的稳定性,同时设计适当的切换律保证了整个闭环系统的稳定性。其中系统的未知不确定性及外界干扰不要求线性增长速度,并由模糊系统在线逼近。结果表明所提出方法的有效性。     

一种改进的紧格式无模型自适应控制方法

针对一类由一般非线性函数描述的离散时间非线性系统,采用等价动态线性化技术,提出一种改进的紧格式无模型自适应控制(iCF-MFAC)方法.iCF-MFAC方法的自适应控制律包含两项:时变比例控制项和时变积分控制项,与只有一项时变积分项的原CF-MFAC方法相比,iCF-MFAC方法具有更好的通用性和灵活性,并能够提供更好的动态控制性能.其次,将iCF-MFAC方法与具有类似控制器结构的基于全格式动态线性化技术的无模型自适应控制方法进行对比分析,在相同控制器参数作用下,iCF-MFAC方法具有更快的输出响应.最后,从理论上证明闭环iCF-MFAC系统的收敛性和稳定性,并分别通过数值仿真和真实实验验证所提出方法的有效性和可行性.