复杂系统、非线性科学与智能控制理论

为了满足控制越来越复杂对象的需要 ,本文首先阐述了复杂系统与复杂性的基本概念。其次介绍了非线性科学 ,包括耗散结构论、协同学、突变论及混沌学的基本要点。最后 ,论述了智能控制理论的基本思想 ,并提出了基于非线性科学的复杂系统智能控制理论的新观点。

基于非线性科学的大型汽轮发电机组轴系扭振的智能控制

将大型汽轮发电机系统作为一类复杂开放系统 ,基于非线性科学分析了该系统的动力学特性 ,论述了该系统轴系扭振的原因及其本质。在此基础上 ,提出了大型汽轮发电机组轴系扭振的递阶智能控制方案 ,并根据非线性科学理论分析了该智能控制系统的稳定性。所提出的方法为有效地抑制轴系扭振提供了新途径。

交流伺服系统的二自由度内模控制

基于内模控制理论 ,针对交流伺服系统提出了一种二自由度PID控制方法。所设计的二自由度PID控制器 ,仅有两个可调参数 ,而且被调参数与系统的性能直接相关。理论分析和仿真实验结果表明 ,该控制器可以使系统同时具有良好的位置跟随性能、抗干扰性能和鲁棒性。

用于船舶舵机的电液负载模拟器之控制系统

对船舶舵机使用的电液负载模拟器,建立了传递函数模型,给出了频率特性.根据这个模拟器的实时性和跟踪精度指标,设计了主从式结构计算机控制系统;其中采用了自适应模糊PID控制器,以保证系统的鲁棒性能;又设计了前馈控制器。提供速度补偿和加速度补偿,使系统有多余力时,能够满足性能指标.实际加载实验表明,无论主动或被动加载,其精度都满足设计指标,并且系统工作稳定可靠.

NARX网络在自适应逆控制动态系统辨识中的应用

针对动态神经网络的学习算法问题,提出了一种适用于带外加输入的非线性自回归 (NARX)动态网络的改进型RTRL学习算法. 该算法基于LM算法的思想,取代传统RTRL中的梯度寻优算法,以改善RTRL的学习速度, 并将该方法应用于NARX动态网络自适应逆控制的对象辨识中. 数值仿真结果表明该改进学习算法是可行而有效性的,并且也验证了NARX动态神经网络具有很强的动态描述能力.

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。

基于LMI的约束系统H_∞控制及其滚动优化实现

在LMI优化框架下,讨论有时域硬约束线性系统的H∞控制问题.首先提出了一种基于LMI优化的状态反馈方法,并给出了闭环系统保证H∞性能和满足时域硬约束的条件.在此基础上,融合预测控制的滚动优化原理讨论了一种滚动时域H∞性能控制方法.通过对H∞性能指标γ的在线最小化,闭环系统能实时协调控制性能要求和硬约束,并充分利用有限的控制能力提高控制性能.

不确定滞后系统的鲁棒模型预测控制

对于输入受约束的离散不确定滞后系统,提出鲁棒模型预测控制方法,其中不确定性存在于系统的状态矩阵和输入矩阵当中,且满足范数有界条件。用LMI解决滞后系统的不确定性和约束,针对滞后系统给出了新的鲁棒性能指标上界和系统稳定的充分条件,通过求解LMI凸优化得到状态反馈控制律,对提出的方法进行了数字仿真研究,结果表明,基于 LMI约束不确定滞后系统的鲁棒模型预测控制易于求解,适于实际应用。

利用Java和Web构建基于互联网的远程控制系统

提出一种无需固定的控制端、无需安装配置控制软件的远程控制系统。该系统的控制结构通过互联网动态构建,控制人员通过浏览器控制分布在互联网上的设备。为此,设计了一种分布式控制系统结构,系统各部分采用了具有不同功能、不同类型的程序。实验结果表明了该系统的可行性和有效性。

重复控制算法在转台伺服系统中的应用

针对转台伺服系统中周期性波动力矩扰动抑制问题,利用重复控制算法能以十分简单的控制器形式高精确度地完成跟踪或抑制周期性参考信号或扰动信号的优点,提出了一种基于扰动观测器的鲁棒学习控制算法。给出了基于扰动观测器的转台伺服系统结构图,并将重复控算法引入到基于扰动观测器的扰动补偿策略中。L2稳定性定理证明该方法保证了闭环系统的稳定性和对期望信号的渐近跟踪;仿真结果也表明,该方法较传统方法既有效地抑制了系统周期性波动力矩,又提高了系统运动曲线的跟踪性能。

时滞系统的二自由度控制

针对时滞系统 ,提出了一种二自由度控制方法 .这种方法将 Smith预估控制和内模控制有机结合 ,把系统的目标值跟踪特性和干扰抑制特性分离 ,可以使系统同时获得良好的目标值跟踪特性、干扰抑制特性和鲁棒性 .理论分析和仿真结果表明这种方法的有效性 .

考虑状态约束的二体旋转库仑卫星系统重构控制

研究考虑控制输入饱和与状态约束的深空旋转二体库仑卫星构型控制问题,只采用卫星之间的库仑力作为控制力,提出一种基于反步法的非线性控制方法。首先推导了二体库仑卫星在地—月系平动点附近的相对运动方程,利用旋转二体库仑卫星的特性,对方程进行了简化。为了完成禁止相对运动区域的回避,设计了新的状态限制辅助函数,结合抗饱和方法与反步法得到了二体库仑卫星的构型控制器。接着证明了由于状态限制辅助函数的加入,所设计的控制器可以保证卫星相对运动不超出限制范围。进一步应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的一致最终有界性。最后在Matlab/Simulink平台上进行了仿真校验,结果表明了方法的有效性。

挠性系统的控制设计和H_∞回路成形法

挠性系统的控制设计与具体的挠性特性是相关的,从控制角度将挠性系统划分为轴系传动机构、桁架结构和卫星太阳能帆板的薄板型结构3类.其中薄板型结构挠性系统的挠性特点明显,文中指出H∞回路成形法能有效解决薄板型结构挠性系统设计上的难点,即在幅频特性急剧下降的频段内保证系统的稳定性.一般H∞控制理论中,H∞范数是系统的性能指标.但H∞回路成形法中的H∞范数表示的则是闭环系统的稳定裕度.通过挠性系统的算例说明,H∞回路成形法并不是给定摄动范围下的设计问题,因此在鲁棒性设计这一概念上也不同于常规的H∞控制设计,有其自己的含义.

一种改进的基于分解控制的非线性力矩补偿策略及其在直流电机系统中的应用

针对直流电机系统中存在的非线性摩擦力矩和波动力矩,提出一种改进的非线性力矩补偿策略,将重复控制机制引入到基于分解控制的补偿策略中。其中,鲁棒自适应补偿器用来补偿系统中存在的非线性摩擦力矩和波动力矩;而插入的重复控制器用来进一步提高系统运动曲线的跟踪性能。二者的综合构成了系统完整的控制律。Lyapunov方法证明了闭环控制系统的全局稳定性。最后,通过对高精度伺服系统的仿真研究证明了该改进补偿策略的有效性。

不确定非线性系统鲁棒控制研究

对不确定非线性系统鲁棒控制的主要设计方法和应用领域进行了较为详细的分析和论述 ,包括 L ya-punov方法、输入 /输出反馈线性化方法、变结构控制方法及神经网络控制方法等。给出了设计思想 ,对它们在不确定非线性系统设计中的地位和作用进行了评述 ,并指出了存在的问题和相关的研究方向。

基于滑模观测器的车辆电子稳定性控制系统故障重构

针对车辆电子稳定性控制系统的横摆角速度传感器和侧向加速度传感器故障检测和重构问题,使用T-S模糊系统建立了车辆动力学系统的全局模型,依据滑模控制理论,给出了基于滑模观测器的传感器故障检测和重构方法,且所设计观测器满足给定的从未知输入到故障重构误差的L2增益性能要求.最后通过实测数据,验证了方法是可行的.

卫星姿态控制系统执行器故障检测与分离

针对卫星姿态控制系统,提出一种基于未知输入观测器的执行器故障检测与分离方法.通过将指定的故障视为未知输入,设计未知输入观测器使得残差向量对指定的故障不敏感,同时保持对其他故障的敏感性,从而实现执行器故障的检测与分离.本文将未知输入观测器设计问题转化为一组线性矩阵不等式(LMI),可以通过LMI工具箱方便地求解.最后,将所提出的方法用于卫星姿态控制系统,仿真结果表明了该方法能快速准确地诊断执行器故障.

线性离散系统的最优预见控制

该文对线性离散系统的最优预见控制方法进行了研究。这种方法在二次型性能指标中综合考虑跟踪误差和控制量的变化 ,在设计反馈控制器的基础上 ,利用已知的未来目标值及未来干扰信号设计前馈补偿器 ,进一步改善了系统的性能。该文讨论了最优预见控制设计方法的关键技术 ,即预见步数的选取问题 ,推导了预见步数与性能指标函数值之间的关系 ,并给出了预见步数的选取方法。

光刻机工件台宏微系统的滑模变结构控制

为提高光刻机工件台的跟踪精度和响应速度,采用了以直线电机和音圈电机为执行器的宏微控制结构。微动台完成高精度小行程运动,宏动台实现大行程运动同时保证音圈电机不出现位移饱和。通过滑模变结构方法设计控制器以提高控制系统的鲁棒性。根据频率整型法设计了时变滑模面,可以起到低通滤波的效果。变增益切换控制律可以有效地减小抖振现象。仿真结果表明,曝光扫描过程中的最大位置偏差为8.7nm,标准差为2.2nm。扫描速度保持平稳,同时位置偏差信号的高频分量被有效抑制。

基于Internet的远程控制实验系统

提出了一种基于Internet的远程控制系统的基本框架。此框架采用控制端、远程控制中心、被控设备三者分离的结构 ,按照这种结构 ,可以以组件的方式把被控设备加入系统中。在此框架的基础上 ,实现了基于Internet的远程控制实验系统 。