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.

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%。

输入时滞系统的多频干扰预测补偿

针对一类具有多频正弦干扰的输入时滞系统,提出了一种干扰补偿方法。首先建立干扰等效模型,通过设计全阶观测器,对受控系统和干扰的状态进行估计。进而利用干扰状态估计值对多频干扰进行分解,预测出各个频率分量对输入通道的影响,实现干扰的补偿。基于这种干扰预测方式设计输入时滞系统控制器,给出复合闭环系统渐近稳定性条件。经数值仿真验证了所提出方法的有效性。

输入时滞和外部干扰下的QUAV鲁棒最优飞行控制

针对存在外部干扰以及输入时滞约束下的四旋翼无人机(Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle,QUAV)系统,文中提出一种基于自适应动态规划方法的鲁棒最优轨迹跟踪控制策略。采用干扰观测器技术针对存在于位置环和姿态环的外部干扰进行估计;采用Padé逼近技术处理姿态环存在的输入时滞问题;在反步法框架下基于自适应动态规划算法设计最优鲁棒轨迹跟踪控制器;结合李雅普洛夫方法对整个闭环系统的稳定性进行分析,并针对QUAV动态模型开展数值仿真试验,验证所提鲁棒最优飞行控制方案的可靠性。

单自由度主动磁悬浮轴承-转子系统输入时滞稳定性研究

为了研究控制器的输入时滞对主动磁悬浮轴承-转子系统稳定性与动态性能的影响,建立具有输入时滞的主动磁悬浮轴承-转子系统等效模型,并通过分析系统内Hopf分岔的存在性条件得到主动磁悬浮轴承-转子系统失稳时临界时滞的近似值.利用MATLAB/Simulink仿真分析控制参数对系统稳定性的影响,进一步验证Hopf分岔的存在性,从系统幅频特性和相频特性的角度探究输入时滞对闭环系统抑制外部干扰能力的影响规律,对仿真内容进行实验验证.结果表明,输入时滞的增加导致系统发生Hopf分岔,并使闭环系统的幅频响应曲线峰化现象加剧,降低系统的稳定性.对于PID控制器来说,增大比例增益、减小微分增益将放大输入时滞对系统稳定性的影响.

考虑输入时滞及饱和的直升机IADP速度控制

针对模型未知的直升机机动飞行过程中存在的输入时滞及饱和问题,提出了一种无模型增量自适应最优控制方案。首先,利用增量非线性技术得到了系统的近似时变模型,并通过递推最小二乘估计(RLS)对相关矩阵参数进行辨识;其次,采用泛函性能指标处理输入时滞及饱和问题,利用增量自适应动态规划(IADP)设计近似最优跟踪控制律;最后,通过神经网络近似基于实时状态和延时输入的时间差分误差(TDE)函数,并运用其瞬时积分得到评价网络权值更新率。通过Lyapunov函数分析证明了闭环系统的稳定性。直升机机动飞行速度跟踪控制仿真验证了该方法的有效性。

一类带有输入时滞的非线性关联大系统的分散自适应控制

为解决带有完全未知关联项和输入时滞的非线性关联大系统的跟踪控制问题,本文提出一种自适应分散控制策略,利用神经网络逼近理论处理未知项,同时引入合适的辅助系统消除输入时滞。为了消除未知关联项对系统的影响,定义新的未知常数和非线性光滑函数来界定未知关联项。根据Lyapunov稳定性理论,本文所提出的控制方法能够保证闭环系统一致最终有界,并且跟踪误差能够收敛到原点的一个小邻域内。最后通过仿真算例进一步检验所设计方法的可行性。

含输入时滞的电动汽车悬架系统有限频域振动控制的研究

由于轮毂电机驱动的电动汽车的驱动系统安装在轮毂处,使得汽车悬架系统簧下质量增加,造成舒适性变差及电机轴承磨损严重等问题。基于上述现象,并综合考虑控制回路的输入时滞及参数摄动因素,研究了该类悬架系统的有限频域动态输出反馈振动控制策略。对比于传统的时滞全频域的H∞控制方法,该方法能在人体对振动较为敏感的频段内取得更好的干扰衰减,同时也能保证相关的时域硬约束。为了降低车身加速度在非簧载模态频率处的奇异值,并减少传递到电机轴承上的力,考虑将动力吸振器(DVA)安装在电机轴承座上。通过Lyapunov-Krasovskii泛函及广义KYP引理,以线性矩阵不等式的形式推导出基于动态输出反馈的控制准则。最后,通过一个数值实例验证该方法在频域及时域的有效性。

一类带未知输入时滞的多时滞非线性系统的对时滞参数的自适应H∞控制

针对一类带未知输入时滞参数的非线性时滞系统,基于线性矩阵不等式LMI和一种基于“Descriptor form”的Lyapunov-Krasovskii泛函方法,设计了一种带未知时滞估计项的记忆型状态反馈控制器,给出了针对该未知输入时滞参数的自适应控制H∞控制器设计方案,并对闭环系统的稳定性给出了证明．

非匹配不确定输入时滞系统的自适应滑模控制

针对具有输入时滞、且同时具有非匹配不确定项的一类对象模型,采用状态变换法把原系统转化成为一个无时滞系统,并应用滑模控制的方法设计了控制器.考虑到不确定项未知,进一步设计了具有自适应能力的滑模控制器,以保证滑模面的存在性,克服不确定性的影响.针对非匹配不确定项,根据Lyapunov稳定性定理,提出了保证系统渐近稳定所要满足的条件.仿真结果证实了该控制策略的可行性和有效性.

不确定输入时滞系统的滑模输出反馈控制

研究了在状态不可测,并且状态参数和控制输入矩阵同时存在不确定性的情况下,不确定输入时滞系统的滑模控制问题.为了有效克服不确定性和时滞对系统稳定性的影响,在状态估计空间选择了一种积分型的切换函数,设计了一种基于状态观测器的滑模控制器,并证明了所设计切换面的可达性.通过李亚普诺夫理论,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件.数值仿真验证了算法的有效性.

带有输入时滞的动力定位船鲁棒滑模控制

针对动力定位船定位作业时推进器、舵等执行机构的时滞问题,设计了一种根据时滞上界选取参数的鲁棒滑模控制器,以降低控制输入时滞对DP系统的影响.首先将多执行机构时滞简化为水平面三自由度的控制输入时滞,再将带有输入时滞的系统模型等效为状态时滞系统,然后针对未知有界干扰给出了带有时滞滑模项的鲁棒滑模控制律.在稳定性分析中,通过设计合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出了系统稳定时控制增益的选取条件,证明了系统控制误差收敛于零.与传统的定位作业控制方法相比,该算法对时滞影响有一定的鲁棒性.仿真中利用PID和时滞鲁棒滑模控制算法,对比了船舶定位作业时的控制效果,说明了本文所提出算法的有效性.

一类时变输入时滞不确定系统的鲁棒控制器设计

针对一类具有时变输入时滞的不确定系统,基于Lyapunov-Krasovskii方法,讨论了该类系统鲁棒控制器的设计问题。在不确定性满足范数有界条件下,给出了时滞相关的鲁棒可镇定充分条件及相应的鲁棒控制器设计方法,利用辅助变量和广义状态证明了闭环系统的渐近稳定性。最后,进行了数值仿真,结果证明了该方法的有效性和优越性。

一类改进的输入时滞的线性时滞系统的H_∞控制

针对一类带输入时滞的线性时滞系统,基于LMI方法,采用一种基于“descriptor form”的Lyapunov- Krasovskii泛函和无记忆的状态反馈控制,在放大过程中对未知矩阵减小限制并降低维数,从而得到了该类系统的H∞控制器的保守性较小、较为简便的充分条件解．对以往的方法指出问题并提出改进思想,得到了各种情况下如何选用保守性较小且简便实用的算法,仿真实例验证了算法的可行性．

带有输入时滞的分数阶系统的输出反馈控制

针对带有输入时滞的分数阶线性时滞系统,考虑输出反馈控制问题。首先,设计分数阶状态预估器,将分数阶时滞系统转换为新的分数阶无时滞系统;然后,设计输出反馈控制器;最后,基于Reciprocal Projection引理和线性矩阵不等式方法,给出闭环系统稳定性分析以及相应的输出反馈控制律存在的充分条件,该输出反馈控制器能够保证闭环系统的渐近稳定。给出数值算例以说明文中设计方法的有效性。

存在输入时滞的不确定系统的滑模控制

考虑存在输入时滞情况下不确定系统的滑模控制问题,其中被控系统存在状态不确定和控制输入不确定性。通过设计一种新的积分型滑模切换面,不仅可以保证系统状态轨迹从初始状态开始就位于指定的切换面上,而且能够适应系统参数的摄动。给出了保证闭环系统渐近稳定的充分条件。仿真实验结果验证了本文算法的有效性。

具有输入时滞的不确定系统鲁棒自适应控制

对带有输入时滞和状态时滞的线性不确定系统,利用系统将来的状态设计预估控制器,通过与之等价的因果控制器,给出积分形式的控制率,使得系统在自适应控制器的作用下渐近稳定。最后,通过数值算例说明在该控制器的作用下,系统的解趋于稳定的速度比在普通的状态反馈控制器作用下解趋于稳定的速度更快。

带状态时滞和输入时滞的不确定非线性系统的鲁棒H_∞控制

针对一类带有状态时滞和输入时滞的不确定非线性系统,研究了鲁棒H∞控制问题.在适当的假设下利用Lyapunov稳定性方法,并采用一个新的积分不等式方法,用线性矩阵不等式的形式给出了系统鲁棒能稳和鲁棒H∞控制的时滞依赖条件,其保守性小于已有的结果.最后给出数值例子验证了所给结论的可行性和有效性.

输入时滞不确定切换系统的稳定性分析与控制

文中研究了一类输入中同时存在常时滞和时变时滞的不确定切换系统的鲁棒稳定性及控制问题.依据还原法思想、Lyapunov稳定性理论,结合线性矩阵不等式(LMI),设计了切换系统的状态反馈控制器及相应的切换策略,并给出了系统在控制器作用下稳定的充分条件,仿真算例表明文中方法是有效的.文中还证明了系统在退化模型情况下使用还原法所设计的控制器与传统的无记忆控制器相比能够镇定更多的系统.