考虑推力器安装偏差的航天器姿态机动有限时间控制

针对航天器快速姿态机动控制问题,考虑存在参数不确定性、外部干扰、推力器安装偏差以及控制输入饱和受限的多约束条件下,提出了一类自适应终端滑模有限时间控制方法,显式地引入推力器输出的饱和幅值,确保闭环系统在有限时间内快速收敛到滑模面的邻域内;同时,通过引入参数自适应学习律,使得控制器的设计不依赖于参数不确定性、外部干扰以及推力器安装偏差信息;此外,基于Lyapunov稳定性定理对所提出的控制器进行了理论分析.并通过给定某型航天器参数进行了数值仿真,结果表明在考虑多约束情况下,系统具有较快的收敛速度,且具有很好的动态性能,从而验证了所设计方案的有效性、可行性.     

具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制

针对具有非线性、参数不确定性及输入饱和问题的电液伺服位置系统,提出了一种自适应动态面控制器的设计方法.该方法充分考虑饱和特性,利用双曲正切函数和辅助控制信号对系统非线性模型进行等价变换,进而采用动态面方法设计抗饱和控制器.设计过程中引入Nussbaum函数,以补偿输入饱和引起的非线性项.通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统的所有信号一致最终有界.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪效果,并有效地削弱了输入饱和对系统造成的不良影响.     

大加减速轴向移动系统自适应反步边界控制

针对具有大加减速和系统参数不确定性的轴向移动系统振动主动控制问题,基于Lyapunov直接法、经典反步控制和自适应技术,提出自适应反步边界控制算法对系统振动进行主动控制,并以符号函数处理边界扰动.同时,考虑不连续符号函数在工程上易引起输入颤振,设计饱和函数替代控制器中符号函数,以提升振动控制品质.所设计的控制算法能够补偿系统参数不确定性,确保闭环系统稳定性.数字仿真结果验证了所提出的控制算法的有效性.     

输入饱和的航天器特征点间相对位姿全状态预设性能固定时间控制

本文研究系统全状态、控制输入及响应时间受约束的航天器特征点间相对位姿跟踪控制问题,提出了一种基于非奇异终端滑模的输入饱和全状态约束固定时间控制器.首先,通过引入预设性能函数,控制器可以保证系统的瞬态和稳态性能达到全状态约束要求.其次,考虑到控制输入饱和约束和时间受限问题,提出了一种固定时间非线性饱和补偿器实时处理执行器的饱和效应,并且保证补偿器的状态在固定时间内收敛.同时,所提出的自适应律可以抑制外部干扰并保证在线估计参数的有界性.最后,基于李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的固定时间稳定性.通过航天器近距离逼近操作的仿真算例,验证了该方法的有效性.     

具有角速度和输入约束的航天器姿态协同控制

提出了基于有向图的航天器姿态协同控制算法, 并且系统的角速度和控制输入满足有界性的约束. 当外部扰动存在时, 设计了自适应算法估计扰动的上界, 采用滤波器补偿的方法处理控制输入饱和问题, 并且设计了新的自适应姿态协同控制算法. 对于所设计的控制算法, 给出了稳定性分析, 证明了系统具有几乎全局渐近稳定性. 进一步把控制算法推广到时变通信时滞情况, 当控制器参数满足一定条件时, 仍然能够保证编队系统的几乎全局渐近稳定性. 通过数值仿真, 验证了所提出的控制方案的有效性.     

饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

具有输入延时的锚泊自动定位系统保性能控制

从半潜式平台定位系统的经济性及安全性角度出发,提出基于锚链切换控制的自动锚泊定位系统新方案.针对方案中具有输入延时及不确定性的特点,设计了带有输入延时的保性能控制器,以产生抵抗环境扰动所需的控制输入.基于LMI方法给出控制器存在的充分条件,通过求解相应的线性矩阵不等式得到系统的保性能控制律.仿真结果表明,所设计的控制器能有效解决锚泊自动定位系统的参数不确定性及输入延时问题,从而提高系统的精度和性能.     

考虑参数不确定性的移动机器人轨迹跟踪控制

针对移动机器人系统中轮胎半径和轮胎间距存在的参数不确定性问题,提出自适应轨迹跟踪控制方法.首先,推导适合进行自适应控制器设计的系统误差模型,将原有控制问题转化为不确定参数的自适应更新率和虚拟控制输入的设计问题;然后,针对系统中的不确定性参数,设计自适应更新率对其进行在线估计,并设计虚拟的控制输入,得到移动机器人驱动电机的左右轮转速;其次在Lyapunov稳定性框架下证明闭环跟踪误差系统的渐近稳定性和估计误差系统的稳定性;最后通过仿真和实验表明,所提出方法能够通过在线学习估计出参数真实值,使得实际运行轨迹收敛到参考轨迹,同时表明所提出方法能够抑制系统参数不确定性对控制系统的影响.     

侧滑打滑时的WMR抗饱和模糊超螺旋滑模控制

针对侧滑打滑干扰和执行器饱和约束导致轮式移动机器人(WMR)轨迹跟踪困难的问题,提出一种抗饱和模糊超螺旋滑模控制策略.根据WMR的轨迹跟踪误差模型,设计运动学控制器,得到辅助速度控制律;采用反步法思想,设计抗饱和模糊超螺旋滑模动力学控制器,通过饱和约束辅助系统实现抗饱和控制,并引入模糊自适应律,动态调整超螺旋控制律参数...     

具有时延的参数不确定主动悬架广义H2/H∞控制

提出了一种新的综合考虑系统的输入时延和参数不确定性的广义H2/H∞混合控制器设计方法,并将其用于车辆主动悬架设计.假定作动器时延是一个已知其边界但不确定的恒定的量,且系统的小确定参数是范数有界的.针对悬架设计需求,分别用H∞和广义H2性能评价指标反映车身加速度和机械结构设计约束.通过定义一个李亚普诺夫函数来同时满足闭环系统的两个性能指标,将广义H2/H∞混合控制器设计转化为线性矩阵不等式的求解.用两自由度1/4车悬架模型进行仿真,结果表明:不论是否存在有界时延和车身参数变异,控制器始终能给出很好的控制效果.     

考虑控制饱和的连铸结晶器振动位移系统预设性能控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器控制系统执行器输入饱和和状态受限问题,同时考虑系统存在负载扰动、参数摄动等不确定性问题,提出一种基于扩张状态观测器的跟踪误差预设性能反步控制策略.首先,针对执行器输入饱和问题,建立系统的数学模型;然后,采用一种线性扩张状态观测器实时观测系统时变负载扰动、参数摄动等不确定性,并对观测误差的收敛性进行分析;接着,针对伺服电机电流饱和与跟踪误差预设性能控制问题,通过引入辅助状态变量确保系统跟踪误差限定在允许范围内,设计基于扩张状态观测器的反步(Backstepping)控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性,并通过系统仿真验证所提出控制策略的有效性.     

Adaptive compensation control for special actuator circumstances with input quantization

In this article, considering actuator constraints and possible failures, an adaptive compensation control scheme is developed to realize tracking control for a class of uncertain nonlinear systems with quantized inputs. A new variable is generated to evaluate the effect of actuator saturation and is used in the process of controller design to compensate for the influence of actuator saturation constraint. Moreover, the controller is able to show certain accommodation capability to tolerate possible actuator failures and input quantization error via integrating parameter update process of unknown fault constants into adaption of parametric uncertainties under the backstepping procedure. Specifically, actuator saturation effect and possible actuator failures as well as input quantization error can be dealt with uniformly under the framework of the proposed scheme and the control system has certain robustness to external disturbances. It is proved that all the signals of the closed‐loop system are ensured to be bounded and the tracking error is enabled to converge toward a compact set, which is adjustable by tuning design parameters. Finally, experiments are carried out on an active suspension plant to illustrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

基于T-S模糊模型的转台鲁棒最优控制器设计

针对飞行器仿真转台系统的非线性以及不确定性问题,提出了基于T-S模糊模型的鲁棒最优控制器设计方法.首先,利用IF-THEN模糊规则将转台速度环系统的状态空间分成不同的区域,构建具有参数不确定性的T-S模糊模型;然后,根据给定的最优性能指标要求以及控制输入约束,通过求解一组线性矩阵不等式(LMIs)进行鲁棒最优控制嚣设计.仿真结果表明,该方法不仅具有比较好的控制效果,而且能有效地解决控制输入约束问题,并能很好地保证对参数变化的鲁棒稳定性.     

Adaptive tracking with saturating input and controller integralaction

The authors consider the problem of controlling stable linear plants subject to input saturation constraints and parametric uncertainties. A globally stable adaptive controller which performs well in the presence of such constraints is designed, using a specific pole placement that accounts for the saturation constraint, an integral action to deal with the tracking problem, and an adaptive control law with an ad hoc excitation capability together with a parameter adaptation to cope with the parametric uncertainty. The proposed controller allows one to track slowly varying reference sequences. Particularly, in the case of a constant reference, the output tracking error vanishes asymptotically and the control input does stop saturating after a finite time     

一类输入受限的不确定非仿射非线性系统二阶动态terminal 滑模控制

针对一类输入受限的不确定非仿射非线性系统跟踪控制问题, 提出一种二阶动态terminal 滑模控制策略. 在不损失模型精度, 并考虑系统输入饱和受限的前提下, 给出一种适用于全局的不确定非仿射非线性系统近似方法. 提出小波小脑模型干扰观测器设计方法, 实现复合扰动的有效逼近. 构造辅助系统分析输入饱和对跟踪误差的影响. 通过构造基于PI 滑模面的terminal 二阶滑模面, 给出二阶动态terminal 滑模控制器设计过程, 克服了传统滑模的抖振问题. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

基于生物启发模型的欠驱动水平TORA系统的有界输入镇定控制

针对欠驱动水平TORA(translational oscillators with rotating actuator)系统,提出一种基于生物启发模型的有界输入控制方法,实现系统在执行器存在饱和约束情况下的镇定控制.首先,根据水平TORA系统的动力学模型分析系统的无源特性,进而给出系统的控制目标;接着,基于无源特性构造一种新颖的Lyapunov函数,在此基础上设计一种结构简单的非线性状态反馈控制器;然后,考虑执行器的饱和约束条件,引入受生物启发建立的神经动力学模型,利用该模型的有界平滑输出特性,设计一种改进的状态反馈控制器;最后,根据LaSalle不变性原理对系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.与其他方法相比,所提方法不仅考虑了执行器的饱和约束问题,而且设计的控制算法简单高效,易于工程实现.仿真与对比结果表明,所提方法具有更好的控制性能.     

Dynamic anti-windup scheme for feedback linearizable nonlinear control systems with saturating inputs

This paper proposes a dynamic compensation scheme for input-constrained feedback linearizable nonlinear systems to cope with the windup phenomenon. Given a dynamic feedback linearizing controller designed without considering its input constraint, an additional dynamic compensator is proposed to account for the constraint. This dynamic anti-windup is based on the minimization of a reasonable performance index. The proposed strategy is a nonlinear extended version of [Park, J.-K., & Choi, C.-H. (1995). Dynamic compensation method for multivariable control systems with saturating actuators. IEEE Transactions on Automatic Control, 40(9), 1635–1640] with simplified derivation of an optimization solution under relaxed assumptions. The parameter matrices and structure of the solution are explicitly decided by mathematical optimization for infinite horizon without tuning of design parameters unlike previous schemes. During input saturation, the role of the anti-windup scheme with the proposed dynamic feedback compensator is to maintain the controller states to be exactly the same as those without input saturation. The local asymptotic stability and the total stability of the resulting systems are proved. The usefulness of the proposed design method is illustrated by comparative simulations for a constrained control system.