基于输入输出线性化方法的一类多输入多输出非线性系统的观测器设计

研究一类多输入多输出仿射非线性系统的状态观测器设计问题.基于输入输出线性化方法提出了一类多输入多输出仿射非线性系统的状态观测器设计的新方法,并给出保证状态估计误差渐近趋于零的充分条件.算例表明了所得结果的有效性.

多输入多输出非线性系统的间接自适应模糊跟踪控制

针对多输入多输出非线性系统,把自适应模糊控制和自适应模糊辨识结合起来,提出了一种间接自适应模糊控制方案.由跟踪误差和辨识误差给出了参数调节规律,两种误差同时调节参数改善了系统性能.应用推广的模糊逻辑系统来估计多维未知函数,补偿器可抵消模糊逼近误差和外部扰动.控制方案保证了系统的稳定性,实现了跟踪.

多输入多输出非线性系统ZG控制方法框架展望

非线性系统的跟踪控制及其奇异点问题求解已在科学和工程领域引起广泛关注。基于作者团队前期主要关于单输入单输出非线性系统跟踪控制的工作,本文进一步提出了面向多输入多输出非线性系统跟踪控制的ZG控制方法的框架与展望。利用该ZG控制方法,可以设计能同时解决多输入多输出非线性系统的跟踪控制问题及可能出现的奇异点问题的ZG控制器。

多输入多输出非线性系统的一种函数级数模型

提出一种表示多输入多输出非线性多自由度系统的输入与输出关系的函数级数模型，并对模型作了讨论，证明了单输入单输出Ｖｏｌｔｅｒａ级数模型只是本文的一种特殊情况。用这个模型对多自由度多项式刚度非线性振动系统进行分析，得出这一类系统的高阶核和多维频率响应函数。文中模型为具有多输入多输出的非线性系统分析及响应预测与谱分析提供了一种基础工具。

多输入多输出非线性系统Volterra频域核的非参数辨识方法

为解决多输入多输出(MIMO)非线性系统Volterra频域核辨识困难的问题,提出了一种MIMO非线性系统Volterra频域核的非参数辨识方法.该方法先对待辨识的MIMO非线性系统的各输入端添加不同频率成分的单音激励信号,再对系统的输出端信号进行采样并使用Vander-monde法使各阶核输出分离,然后根据单音激励下MIMO非线性系统Volterra核的频域输出特性,推导出该类系统Volterra频域核的辨识公式.由于采用了多音信号激励MIMO非线性系统,实现了一次激励下多点辨识的目的,因此提高了辨识效率.该方法仅依赖于系统的输入输出数据,具有较强的实用性.采用该方法对一个双输入双输出的非线性系统Volterra频域核进行辨识,最大偏差小于10-5,验证了该方法的有效性.

多输入多输出非线性系统的无模型控制律

本文把非线性系统的无模型控制律算法由多输入单输出情形推广到多输入多输出情形，引出了拟优势控制变量的概念及其确定方法。在此基础上导出了无模型控制算法，并分析了该控制律的重要性质，介绍了仿真计算的例子。

含有输入时滞的非线性系统的输出反馈采样控制

针对含有输入时滞和低阶非线性项的非线性系统,提出一种基于采样机制的无记忆输出反馈控制方法.该方法移除了传统预测控制方法预测映射难以确定的限制,同时避免了时滞依赖方法对过去时刻状态信息的依赖性,在实际中更易实现.首先,根据系统输出在采样时刻的信息,利用加幂积分技术和齐次占优思想设计了无记忆输出反馈采样控制器.然后,利用齐次系统理论提出了闭环系统的稳定性条件.最后,仿真结果验证了所提方法的有效性和优越性.

具有输入时滞和预设性能的非线性系统有限时间动态面控制

针对一类具有输入时滞和动态不确定性的非严格反馈非线性系统的跟踪问题,提出一种新的基于预设性能的有限时间自适应跟踪控制方案.利用Pade逼近和辅助中间变量将有时滞系统转化为无时滞系统,采用由一阶辅助系统生成的动态信号处理未建模动态,引入双曲正切函数实现预设性能跟踪控制,并给出基于动态面控制方法的稳定性分析.在MATLAB环境中,以具有未建模动态和输入时滞的二阶非线性系统为例,对所提出的控制策略进行数值仿真.结果表明:所提出的控制方案能够避免现有有限时间控制所出现的虚拟控制求导奇异性问题,所有信号有限时间有界,跟踪误差收敛到预设的时变区间,可见控制算法切实有效.

输入受限的二阶非仿射非线性不确定系统串级自耦PID控制

针对一类输入受限的二阶非仿射非线性不确定系统的控制问题,提出了一种串级自耦PID控制方法。在考虑了系统输入饱和受限的前提下,将二阶系统分为外环广义位移环和内环广义速度环,分别采用自耦PD和自耦PI算法实现串级控制策略。解决了自耦PID控制面对输入信号为阶跃信号时需要设计过渡过程的短板;设计了串级耦合速度因子,并将内外环的可调参数进行了数据拟合,进一步降低了控制器的调参难度,分析并证明了串级自耦PID控制的合理性和稳定性。仿真结果表明,所提控制方法较自耦PID控制不仅响应速度快、鲁棒性更好,而且具有极强的抗干扰能力,在一类二阶非仿射非线性不确定系统的控制领域具有广泛的应用前景。

一类输出受限非线性系统的降维非递归预设性能控制策略

针对一类非匹配受扰非线性系统在输出受限条件下的跟踪控制问题,本文在预设性能控制过程中引入非递归设计框架,提出了一种降维非递归预设性能控制方案,以缓解常用的递归预设性能控制过程中出现的复杂性爆炸问题,大幅简化了系统的控制器设计过程,便于实际工程应用.本文设计的降维非递归控制策略能够实现控制器设计过程与稳定性分析的分离,并且具有控制器形式简洁、控制参数选取机制简单的优点.最后,选取具有代表性的数值仿真和永磁同步电机位置跟踪控制实验阐释了所提出的控制策略的有效性及简洁性.

船舶纵向运动多输入多输出不稳定系统的非线性反馈控制

为了提高多输入多输出(MIMO)不稳定系统控制器的鲁棒性与节能效果,以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮在波浪上纵摇和升沉运动的数学模型为研究对象,将数学模型的分子分母具有不稳定零极点过程使用根轨迹成形技术以及引用数学工具加权矩阵将其根轨迹拉到左半平面.之后运用闭环增益成形算法设计控制器的思路,以成形后的模型用一阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器,再引入双极性S函数驱动的非线性反馈代替原有的误差线性反馈.从仿真结果可以看出,在模型产生摄动时,非线性反馈控制改进了升沉和纵摇,控制能量大幅减少,对模型干扰具有鲁棒性能.该方案求解过程简单,并且整个系统控制器与被控对象物理意义明确,设计所得的控制器阶次较低,且补充完善了MIMO不稳定系统的控制器设计方法.

考虑输入时滞的舵机伺服系统自适应指令滤波输出反馈控制

针对舵机伺服系统运行过程中存在复杂非线性以及信号输入时滞、使系统的精度降低,严重时甚至造成系统失稳的问题,提出了一种考虑输入时滞的自适应指令滤波输出反馈控制策略。首先,将系统中存在的输入时滞考虑为控制器信号输入时滞,给出舵机伺服系统状态方程,选用梯度下降法设计时滞估计律对未知时滞进行估计;其次,将系统中存在的复杂非线性统一为扰动,选用扩展状态观测器(ESO)加以估计,将观测的系统状态值用于设计控制量实现输出反馈控制;然后,选用指令滤波将高阶求导过程转化为求积分,实现信号滤波以抑制微分噪声;最后,基于Lyapunov-Krasovskii泛函稳定性定理证明控制器实现系统有界稳定。仿真及实验表明,所提的控制方法与传统反步控制方法、自抗扰控制和比例微分积分(PID)控制方法相比,响应时间分别提升了92%、88%和51%,跟踪精度分别提升了90%、84%和26%。

Lipschitz非线性离散系统基于观测器的鲁棒镇定控制设计

本文研究Lipschitz非线性离散时间系统的基于观测器的鲁棒镇定控制问题.首先,针对Lipschitz非线性离散系统,应用微分中值定理和线性参变系统理论,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出基于观测器的鲁棒镇定控制设计的充分条件.随后,将设计结果进一步推广,针对含干扰的Lipschitz非线性离散系统进行H∞性能分析,实现了基于观测器的鲁棒H∞镇定控制,同时给出观测器增益矩阵和控制器增益矩阵的一步求解算法.最后,通过两个数值例子验证了所提方法的有效性.

含执行器故障的切换非线性系统的事件触发自适应模糊容错控制

本文研究在平均驻留时间约束下,一类含有执行器故障的切换非线性系统输出反馈自适应模糊事件触发容错控制问题.首先,建立了一个模态依赖的状态观测器估计不可测量状态.利用模糊逻辑系统来逼近未知项.其次,构建自适应模糊容错事件触发控制方案能够节省网络资源和数据传输.然后,通过构造多Lyapunov函数和平均驻留时间法,证明闭环系统所有状态半全局一致最终有界的同时排除了Zeno现象.最后,通过数值仿真验证该方法的有效性.

输出函数在单输入单输出非线性控制系统设计中的重要作用

深入研究了输出函数在非线性控制设计中的作用,指出输出函数在非线性控制设计中的一个重要功能是对闭环系统进行极点配置。并提出了一个对非线性控制系统具有一定普适性的输出函数形式。讨论了如何选择和确定该输出函数以及如何通过该输出函数来实现对系统闭环极点进行配置的方法。文中主要针对单输入单输出系统进行讨论,并以发电机励磁控制系统为例,给出应用实例。仿真结果表明按文中提出的观点选择输出函数,所设计的控制律能很好地协调发电机励磁控制系统各状态量的动、静态性能,不仅提高了发电机的动态稳定性,而且能准确地将发电机的端电压Uf 控制在其给定值上运行,不会因受扰而发生静态偏移。

基于非线性输出频率响应函数的液压管路故障诊断研究

航空液压管路系统受到多源激励的影响,在工程应用中经常发生管路系统振动故障。针对长跨距管路系统振动故障定位困难的问题,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)测试技术开展了长跨距管路系统振动信号分布式测量,并提出结合非线性输出频率响应函数(Nonlinear Output Frequency Response Function,NOFRF)分析方法实现液压管路系统卡箍松动和管体碰撞故障的准确定位。采用FBG传感器对长跨距管路系统振动信号进行分布式测量,克服了传统加速度测试过程中的电磁干扰和复杂布线问题;采用NOFRF指标提取卡箍松动和管体碰撞的故障特征,实现了对微弱故障的早期监测和准确定位。试验结果表明,所提方法可有效定位卡箍松动和管体碰撞故障。

多输入多输出有界变时滞非线性系统的绝对稳定性判据

以时滞反馈控制系统为背景 ,通过建立Liapunov Razumikhin函数来分析多输入多输出变时滞系统零解的绝对稳定性 ,通过对时滞界估计来达到系统零解的绝对稳定性判定。

多输入多输出非线性静态系统神经网络辨识的研究

本文通过对现有的系统辨识特点的分析，提出使用神经网络理论与方法对多输入多输出非线性静态系统进行辨识，并给出了一个实际系统使用具有自适应学习率反传算法辨识的有关结果。

基于输入输出线性化的连续系统非线性模型预测控制

非线性约束预测控制关键是求得可行性优化解.输入输出反馈线性化是非线性控制一种常用的方法,其系统的初始线性输入约束转化成非线性基于状态的约束,因而无法采用常规的二次规划(QP)求解优化问题.针对连续状态空间模型系统,本文提出迭代二次规划方法来寻求非线性优化解.为了保证算法的收敛性,系统加入另外一种迭代算法来保证其在整个预测时域上能得到可行解.仿真控制结果表明了该方法的有效性.

基于多输入多输出模糊控制器的电液系统控制研究

电液系统的控制主要依靠控制阀来调节液压系统中的液压油流量和压力,以实现对液压缸的运动控制,电动液压系统(EHS)通常具有力和位置控制,为了将这些参数控制到所需值,经常使用多个PID控制器,它们对系统参数的变化很敏感。因此,本文提出了一种多输入多输出(MIMO)模糊控制器来控制这些变量。所提出的控制器具有四个输入和三个输出,所提出的控制器和EHS已应用于液压机。实验结果表明,与多个PID控制器相比,采用MIMO模糊控制器的力和位置混合控制具有更好的性能。拟议的EHS也比传统EHS节省更多的能源。因此,MIMO模糊控制器可以是EHS中控制多变量的替代方案。