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...     

一类具有执行器饱和的非线性系统抗饱和方法研究

针对一类具有执行器饱和的非线性控制系统, 提出了一种双环路的动态抗饱和补偿方案, 为执行器输出受限的非线性系统提供了新思路. 与现有结果相比, 所提方案能更好地改善闭环系统控制性能. 考虑执行器饱和约束, 通过优化执行器饱和发生前后控制器的状态误差的积分性能指标, 综合设计一类同时包含传统抗饱和及延迟抗饱和补偿器两个环路的改进抗饱和补偿器, 这类补偿器有效地抑制了饱和现象对控制器的影响, 从而降低了执行器饱和对控制系统性能的影响. 当系统存在高饱和度现象时, 利用该双环路抗饱和补偿器, 可以最大程度弱化饱和对系统性能的影响. 最后, 利用输入状态稳定 (Input state stability, ISS) 定理分析和证明了该闭环系统全局一致有界稳定. 并通过舵机执行器受约束的舵减横摇系统的仿真试验, 验证了该方案的有效性及优越性.     

基于系统输出的嵌套饱和系统抗饱和补偿器设计

针对嵌套输入饱和系统的吸引域扩大问题,本文提出了一种基于系统输出的抗饱和补偿器激发策略,将被控系统输出信号经性能补偿器馈入到抗饱和补偿器激发环节中,形成蕴含系统实时性能信息的抗饱和激发新机制,克服了传统抗饱和激发机制无法直接反映系统性能的缺点.基于上述抗饱和控制新框架,本文建立了抗饱和补偿器及性能补偿器存在的充分条件,并依此构建了优化问题求解最优补偿器增益以实现扩大闭环系统吸引域的目的.仿真结果表明本文方法的有效性.     

基于模糊观测器T-S模型和自适应模糊逻辑系统的一类非线性系统的H∞控制

针对一类非线性系统，把模糊T-S模型和自适应模糊逻辑系统两类模糊逻辑方式结合起来，提出了一种基于观测器的控制方案．首先，应用模糊T-S模型对非线性系统建模，设计观测器来观测系统状态；由线性矩阵不等式得到模糊模型的控制律．其次，应用自适应模糊逻辑系统作为补偿器来补偿建模误差．证明了闭环系统满足期望的性能．仿真结果表明了该方案的可行性．     

不确定非方广义分数阶T–S模糊系统的鲁棒镇定

针对不确定非方广义分数阶T–S模糊系统阶数为0<α<1的鲁棒镇定问题,提出了一个有效的判据.首先,利用一个新的T–S模糊动态补偿器,将不确定非方广义分数阶T–S模糊系统转化为一个增广的不确定方形广义分数阶T–S模糊系统.由于增广变量的引入,动态补偿器的设计问题可以等价为静态输出反馈控制器的设计问题.其次,设计一个分数阶导数反馈控制器对得到的增广系统进行正常化处理.然后,对正常化得到的不确定分数阶T–S模糊系统进行研究,得到一个系统渐近稳定的充分条件.该条件保守性小并且形式简洁.最后,通过一个数值算例和一个实际例子验证了本文所提出结论的正确性和有效性.     

带宽化调节下的抗扰PID退饱和控制方法

比例–积分–微分(PID)控制的抗饱和设计是一类经典非线性控制问题, 理论研究丰富, 但工程中广泛使用的 仍是积分退饱和这类简易策略. 究其原因, 现有理论方法过于依赖系统模型和状态空间理论, 稳定性条件与调参机 制之间关系复杂. 本文基于经典退饱和控制结构, 首次阐述了“退饱和带宽”概念及退饱和参数调节机理, 在此基础 上讨论了两类低阶退饱和补偿器的带宽化设计方法. 在抗扰PID反馈控制下, 结合小增益定理得到退饱和控制的稳 定性条件, 给出控制参数与退饱和带宽之间的调节关系, 实现退饱和控制的带宽化整定. 最后, 通过数值仿真验证 了所提方法的有效性.     

基于模糊逼近的一类不确定非线性系统的容错控制

针对一类不确定非线性系统,提出了一种模糊容错控制方案.采用模糊T-S模型来逼近非线性系统,由线性矩阵不等式设计模糊模型的控制律.构建了模糊逻辑系统作为补偿器来抵消对非线性系统的建模误差和因故障引起的不确定性,并证明了闭环系统能够满足期望的跟踪性能.仿真实例表明了所提出容错控制方案的有效性.     

基于模糊双曲模型的积分滑模控制

针对一般形式的非线性系统,提出一种基于模糊双曲模型(FHM)的积分滑模控制器设计方法.利用模糊双曲模型来表述这类连续非线性系统.构建出积分滑模面,利用线性矩阵不等式(LMI)方法得到滑模动态渐近稳定的充分条件.设计了积分滑模控制器,保证了系统的状态轨迹能够在有限时间内到达滑模面上并且保持在它上面运动.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于模糊积分的多模糊决策树融合

给定一个模糊信息系统,可能找到多个重要的模糊属性子集,而且这些重要的模糊属性子集对决策有不同的贡献,会产生不同的影响.如果仅选择其中一个模糊属性子集进行决策,即使是最重要的一个,也会丢失隐含在其他重要的模糊属性子集中的可用信息.为了充分利用模糊信息系统中每个重要的模糊属性子集所提供的信息,提出了一种基于模糊积分的多模糊决策树融合方法.这种方法分3个步骤:1)通过模糊等价关系找到几个重要的模糊属性子集;2)对每个模糊属性子集,利用模糊ID3算法生成一棵模糊决策树;3)用模糊积分融合几棵模糊决策树.实验结果证明了用多模糊决策树融合方法比单模糊决策树分类效果更好.     

具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制

针对近空间飞行器这一类存在外部扰动,输入饱和和参数不确定的多输入多输出线性系统,提出了一种基于干扰观测器的抗饱和鲁棒控制方案.将干扰观测器与抗饱和控制技术相结合,从而消除系统存在的未知外部扰动、输入饱和和不确定性对系统控制的影响.首先,设计干扰观测器对线性外部系统产生的未知扰动进行估计.然后根据干扰观测器输出,通过超前抗饱和方法设计抗饱和补偿器,并将其加入到鲁棒控制器的设计中,保证闭环系统存在输入饱和、未知外部扰动和参数不确定情况下的稳定性.为便于设计,干扰观测器、抗饱和补偿器和控制器设计矩阵均通过求解线性矩阵不等式得到.最后,将提出的鲁棒抗饱和控制方法应用于近空间飞行器,仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

Piecewise Fuzzy Anti-Windup Dynamic Output Feedback Control of Nonlinear Processes With Amplitude and Rate Actuator Saturations

In this paper, a novel anti-windup dynamic output compensator is developed to deal with the robust H _infin output feedback control problem of nonlinear processes with amplitude and rate actuator saturations and external disturbances. Via fuzzy modeling of nonlinear systems, the proposed piecewise fuzzy anti-windup dynamic output feedback controller is designed based on piecewise quadratic Lyapunov functions. It is shown that with sector conditions, robust output feedback stabilization of an input-constrained nonlinear process can be formulated as a convex optimization problem subject to linear matrix inequalities. Simulation study on a strongly nonlinear continuously stirred tank reactor (CSTR) benchmark plant is given to show the performance of the proposed anti-windup dynamic compensator.     

基于扩张状态观测器的动态抗饱和补偿器设计方法

针对一类受外界扰动以及执行器饱和影响的不确定非线性系统,提出一种基于扩张状态观测器的动态抗饱和补偿器设计方法.首先通过将系统的不确定项以及外部扰动作为扩张状态,设计线性扩张状态观测器(ESO)对系统的总扰动进行估计;然后,在控制器中引入对扩张状态的估计值,对系统的总扰动进行补偿,设计了动态抗饱和补偿器,将控制器、观测器以及动态抗饱和补偿器的参数求解问题转化为基于LMI不等式组约束的优化问题,确保系统具有尽可能大的收敛域;最后通过数值仿真验证所提出设计方法的有效性.     

基于变伸缩域模糊系统的直接自适应控制

提出一种基于变伸缩域模糊逼近器的直接自适应控制策略. 通过在线更新广义模糊基函数的变伸缩因子, 实现模糊系统论域及其模糊划分的自适应调整, 从而能够以精简的模糊规则实现理想的逼近效果. 此外, 通过设计积分型逼近误差补偿, 避免了鲁棒补偿中的高频控制输入. 仿真研究和比较分析验证了所提出的控制方法的有效性和优越性.

     

基于逼近误差调节的直接自适应模糊控制

对含未知参数的一类非线性系统给出一种新的直接自适应模糊控制方案．利用在线自适应调节估计逼近误差,用此估计值设计补偿器减小逼近误差对跟踪精度的影响．该方法不仅能够保证闭环系统的稳定性,而且可以使跟踪误差收敛到0或0的小邻域．     

单输入线性系统的改进型动态抗饱和设计

本文基于状态重置的改进型动态抗饱和补偿方案, 研究了具有单输入的线性饱和系统的抗饱和控制问题. 相比较于传统的动态抗饱和补偿方案, 当执行器不饱和时, 改进的动态抗饱和补偿方案把动态抗饱和补偿器的状态重置为零. 所以当执行器不饱和时, 改进的动态抗饱和补偿器将不会对控制器进行补偿. 进一步的, 提出了一个时间依赖的Lyapunov函数来分析闭环系统的稳定性, 并以LMIs的形式给出了闭环系统的控制综合条件. 最后, 通过压电纳米运动平台验证了所提出的改进型动态抗饱和补偿方案的有效性。     

Robust anti-windup controller design of time-delay fuzzy systems with actuator saturations

This study presents a robust anti-windup fuzzy control approach for uncertain nonlinear time-delay systems with actuator saturations. The discussed system dynamics is presented by the Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model. To facilitate the design process, the nonlinearity of input saturation is characterized by a specific sector condition. Given a stabilizing dynamic output feedback fuzzy controller, an anti-windup control approach is then developed to maximize the size of estimate of the domain of attraction. Significantly, the convergence of all admissible initial states within this region could be ensured. Based on the Lyapunov-Krasovskii delay-independent and delay-dependent analyses, sufficient conditions for the robust stabilization are derived. These conditions are formulated as a convex optimization problem with constraints represented by a set of linear matrix inequalities, allowing the fuzzy controller to be synthesized more efficiently. Finally, numeric simulations are given to validate the proposed approach.     

共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制

设计了一种共轴八旋翼无人飞行器,与四旋翼飞行器相比,其具有更大的驱动能力、更强的带载能力和一定的冗余能力．首先,建立了飞行器的动力学模型．针对共轴八旋翼飞行器偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,偏航容易出现执行器饱和现象的问题,从实际工程出发提出了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器．线性自抗扰算法易于工程调节,能够实时估计与补偿外界扰动．静态抗饱和补偿器不增加系统阶次,有效抑制偏航执行器饱和．利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和偏航控制系统的稳定性．最后,通过共轴八旋翼飞行器的仿真实验与原型机比较实验验证了算法的有效性与鲁棒性．原型机实验结果表明：在室内固定干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为4 s,偏航角误差收敛到±0.085 rad;在室外变干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为9 s,偏航角误差收敛到±0.127 rad．基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器在外界干扰情况下能够有效地抑制执行器饱和,具有良好的偏航控制性能与强鲁棒性．