非最小相位系统跟踪控制综述

非最小相位系统是指包含不稳定零动态的系统.经典的跟踪控制理论,特别是非线性系统跟踪控制理论,是以最小相位系统为基础建立的,不能直接用于非最小相位系统.研究非最小相位系统跟踪控制理论,是对经典控制理论的扩展和补充,具有重要的意义.本文对目前非最小相位系统跟踪控制领域取得的成果进行综述.首先梳理各种非最小相位系统跟踪控制方法的基本思想,并按照近似跟踪和精确跟踪进行归类,建立非最小相位系统跟踪控制的基本框架.然后围绕该框架对各种方法进行详细介绍.接着讨论非最小相位系统的跟踪性能限制.最后总结现有研究存在的一些问题及对今后的发展方向进行展望.本文的目的在于使控制工作者对非最小相位系统的跟踪控制有一个较为清晰的认识.     

非最小相位系统控制器的优化设计

抑制非最小相位系统的右半平面零点所造成的负调至今仍是个开放问题.以同时抑制非最小相位系统的超调、负调和调整时间为目的,合理融合遗传算法的并行搜索结构和模拟退火的可控性概率突跳,提出了设计一类PID控制器的混合优化策略.基于典型系统的数值仿真验证了混合策略的有效性和对系统的适应性,以及所设计控制器的优越性.     

非最小相位系统的加权预测控制

广义预测控制（GPC）算法对非最小相位系统具有一定的鲁棒性，但理论分析和应用经验都表明，控制参数在极限情况下还不能保证GPC算法对非最小相位系统的强鲁棒性．本文对此提出一种改进的加权预测控制算法．     

非线性非最小相位系统的控制研究综述

非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统, 其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法(如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用. 因此, 非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多, 是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一. 本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果, 着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、 理想内模求解等问题, 并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较. 最后, 讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题, 并对其未来发展方向进行了展望.     

一类非最小相位系统的PID控制器整定方法

针对非最小相位对象,提出了一种比例—积分—微分(PID)控制器的整定方法.将含有右半复平面零点的非最小相位系统近似拟合为一个稳定的大滞后系统,应用一种专门针对大滞后系统的PID参数两步整定方法可以对系统PID参数进行粗调,然后通过调整比例系数α,便可以成功地设置其PID控制器参数,达到抑制非最小相位时滞和负调的作用.仿真实验证明了两步整定方法的有效性和鲁棒性.     

一类非最小相位非线性系统的自适应控制

针对一类非最小相位的非线性系统,通过引入一个近似系统,提出了一种简单的间接自适应控制方法,并分析了采用该方法后系统输出的跟踪性能,给出了输出跟踪误差的上限.该方法可克服现有的非线性自适应控制方法只能控制最小相位的非线性系统并且容易产生过度控制的缺点.     

一类非最小相位系统的智能控制

针对具有右半复平面零点的非最小相位系统,设计了一种模糊PID控制器,并且用伪并行遗传算法对其参数进行寻优.仿真结果表明,本文设计的基于遗传算法的模糊PID控制器对于具有右半复平面零点非最小相位系统具有很好的跟踪性,能够同时减小负调、超调,缩短上升时间.     

非最小相位FIR系统的自适应辨识

提出了一种基于线性代数方程组约束和梯度法的非最小相位FIR系统的自适应辨识算法.选用的线性方程组具有列满秩的系数矩阵,保证了系统参数的唯一可识别性.由于只采用高阶累量,故能够抑制任何高斯有色噪声的影响.重点讨论了梯度法中步长的选择,提出了收敛速度最快的变步长.仿真实验的结果证实了算法的有效性.     

非最小相位系统的MRAC方案及应用

基于POPOV超稳定理论，设计了一种适合非最小相位系统的模型参考自适应控制（MRAC）方案。采用从模型取状态技术，增加系统对噪声的鲁棒性。采用可调线性补偿器，不需系统参数变化范围已知的假定条件。在模型中增加了可调零点，抵消对象的非最小相零点的作用，保证了MRAC系统的全局渐近超稳定性。     

一种新的非最小相位系统的控制方法

非最小相位系统的控制中，需要抑制由不稳定零点引起的负调并同时缩短系统的调节时间．针对非最小相位系统负调与调节时间的相互影响及负调与不稳定零点的相互关系，提出将控制过程分为抑制负调阶段和跟踪输入阶段，并适时改变系统不稳定零点数，用遗传算法统一优化各阶段的控制器参数．仿真结果表明该控制方法大大减弱了负调，并同时缩短了调节时间，达到了良好的控制效果．     

一类非最小相位非线性系统的直接自适应控制

一类非最小相位非线性系统的直接自适应控制韩存武,袁少强,马晓军,文传源（北京航空航天大学自控系北京１０００８３）关键词：非线性系统,自适应控制,非最小相位系统．１引言非线性系统的自适应控制作为当前自动控制领域最富有挑战性、同时也最困难的前沿课题之一越...     

热传导反问题中相变界面的实时跟踪

针对固体融化过程中液体与固体之间相变界面的实时跟踪问题,建立了由固定边界上得到的温度和热流到其相变界面轨迹的辨识及跟踪算法。由于在实际过程中无法在液体边测量其温度和热流,因此,该类问题无法通过直接Stefan问题的求解来得到相变界面的实时跟踪。将其归结为一类不适定反Stefan问题的求解,给出了基于Tikhonov正则化方法的滑动区间优化算法。     

Global asymptotic tracking for nonminimum‐phase nonlinear systems in output feedback form

The problem of global asymptotic tracking by output feedback is studied for a class of nonminimum‐phase nonlinear systems in output feedback form. It is proved that the problem is solvable by an n‐dimensional output feedback controller under the two conditions: (a) the nonminimum‐phase nonlinear system can be rendered minimum‐phase by a virtual output; and (b) the internal dynamics of the nonlinear system driven by a desired signal and its derivatives has a bounded solution trajectory. With the help of a new coordinate transformation, a constructive method is presented for the design of a dynamic output tracking controller. An example is given to validate the proposed output feedback tracking control scheme.     

Best Tracking Performance of Networked Control Systems Based on Communication Constraints

The best tracking problem for a single‐input‐single‐output (SISO) networked control system with communication constraints is studied in this paper. The tracking performance is measured by the energy of the error signal between the output of the plant and the reference signal. The communication constraints under consideration are finite bandwidth and networked induced‐delay. Explicit expressions of the minimal tracking error have been obtained for networked control systems with or without communication constraints. It is shown that the best tracking performance dependents on the nonminimum phase zeros, and unstable poles of the given plant, as well as the bandwidth and networked induced‐delay. It is also shown that, if the constraints of the communication channel do not exist, the best tracking performance reduces to the existing tracking performance of the control system without communication constraints. The result shows how the bandwidth and networked induced‐delay of a communication channel may fundamentally constrain a control system's tracking capability. Some typical examples are given to illustrate the theoretical results.     

机器人系统非线性分散重复学习轨迹跟踪控制

采用一类具有"小误差放大、大误差饱和"功能的非线性饱和函数来改进传统重复学习控制(Repetitive control, RC)机器人系统动力学控制, 形成一类新的非线性分散重复学习控制(Nonlinear decentralized repetitive control, NRC),使得在不增加驱动力矩的条件下获得了更快的响应速度和更高的轨迹跟踪精度. 应用Lyapunov直接稳定性理论和LaSalle不变性原理证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 三自由度机器人系统数值仿真结果表明了所提出的非线性分散重复学习控制具有良好的控制品质.     

多变量离散系统随机信号跟踪性能极限

研究线性时不变、多变量、离散系统对随机信号的跟踪性能极限问题, 所考虑的随机参考输入信号为布朗运动序列. 研究结果表明此类系统的跟 踪性能极限完全由被控对象的结构特征和参考输入的统计特征决定, 其中, 结构特征指被控对象的非最小相位零点和不稳定极点的位置和方向. 作为特殊情形, 本文给出了参考输入为一致随机信号以及被控对象仅含有单个非最小相位零点和单个不稳定极点时系统跟踪性能极限问题的解. 最后, 给出了两自由度补偿器跟踪系统对随机信号的跟踪性能极限.