基于MIMO-ESO的高速飞行器自抗扰控制

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”,利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性状态误差反馈律抑制补偿残差。仿真结果表明,MIMO-ESO自抗扰控制器能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性,克服了实际工程中难以建立精确被控模型并获取参数摄动范围的困难,具有工程应用价值。

基于滑模自抗扰控制的变绳长塔机防摆控制

塔式起重机在实际应用中,由于绳长的变化会加剧负载(货物)的摆动,使得货物很难被快速、准确地运输到指定的位置。因此,为了对塔式起重机负载进行精确定位及防摆控制,提出了一种基于滑模自抗扰控制(SM-ADRC)的变绳长塔机防摆控制方法。首先,根据拉格朗日方程得出了系统的动力学方程,并依据动力学方程将系统分为了变幅、回转、提升3个子系统,并对每个子系统分别设计了线性扩张状态观测器(LESO),观测和补偿了对应回路中因参数变化、系统耦合及外界因素引起的未知总干扰;然后,结合滑模控制(SMC),设计了带有干扰补偿的非线性误差反馈控制律;最后,在MATLAB/Simulink中,在快速性、鲁棒性方面,对比分析了滑模控制方法与滑模自抗扰控制方法的控制性能。研究结果表明:相比于滑模控制方法,滑模自抗扰控制方法对塔机防摆控制时间缩短了25.5%,并且该方法不仅可以提高塔机的快速响应性能,而且具有较强的鲁棒性和自适应性,可以对塔式起重机负载进行精确定位及有效的防摆控制。

统一潮流控制器的非线性控制(英文)

通过独立控制线路的有功和无功功率,统一潮流控制器(UPFC)能够大大提高线路的传输能力。为实现这一目标,装置需要尽可能快的动态响应速度和稳定性。文中提出一种适用于UPFC装置的非线性控制策略,该控制器的理论分析基于同步旋转坐标系,充分考虑了UPFC模型的非线性特点,采用反馈精确线性化的方法进行分析。在此基础上设计得到的控制器较之传统的PI控制和解耦控制策略具有更好的稳定性和更快的动态响应。在EMTDC/PSCAD平台下的仿真结果验证了这种控制策略的优越性能。

全方向康复步行训练机器人的跟踪控制

针对全方向康复步行训练机器人在跟踪运动过程中x轴、y轴和方向角各轨迹之间存在强耦合的问题,提出了速度跟踪控制器设计方法,从而使全方向康复步行训练机器人能同时实现各个方向理想的跟踪效果.在全方向康复步行训练机器人动力学模型和运动学模型的基础上,采用输入-输出线性化方法,通过模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程,设计速度跟踪控制器,实现速度的解耦控制.将速度控制器与非线性反馈控制律相结合,可以实现对运动轨迹的跟踪.仿真实验表明,本文方法具有一定的有效性,解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪的问题.

迭代滑模增量反馈及在船舶航向控制中的应用

针对一类不确定非线性受扰动系统,提出一种基于非线性迭代滑模变结构的增量反馈控制算法.通过对系统输出迭代设计非线性滑动模态,并利用增量反馈控制,无需对不确定项的估计,在系统输入增益符号已知的条件下可自动寻找使系统稳定的控制量,避免了变结构控制的抖振以及输出反馈控制的稳态误差与超调问题,强化了变结构控制的不变性特点.对不同船型及舵机模型的船舶航向控制进行了仿真,结果表明,系统阶跃响应超调得到有效抑制,定常干扰下的静态误差得到消除,且控制器对模型摄动及干扰变化不敏感、设计参数易于调节.

一种单神经元自抗扰控制器

针对自抗扰控制器可调参数多且不易整定的问题,提出了一种用单神经元改进非线性状态误差反馈控制律的算法.利用神经网络的自学习能力,采用一个单神经元构造自适应参数,使参数依据系统误差的变化自动作相应地调整,从而完成参数的在线自整定.仿真结果表明,改进后的控制器调整参数大大减少,而且具有更强的适应性和鲁棒性.

基于组合非线性反馈技术的机器人控制方法

为解决机器人跟踪控制中响应速度和超调量之间的矛盾,实现快速的响应和较小的超调,研究了机器人非线性动力学与组合非线性反馈技术相结合的控制策略,提出了一种基于组合非线性反馈的机器人控制器。该控制器由两部分组成,一部分由完全的机器人非线性动力学补偿来实现反馈线性化,另一部分由组合非线性反馈技术实现镇定。通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的渐近稳定性。同时,把组合非线性反馈理论拓展到多输入多输出(MIMO)饱和线性系统的时变轨迹跟踪控制,利用非线性项的变阻尼特性,使得系统的动态响应快速且没有超调。仿真结果证实了此方法的有效性。

一类非线性系统的局部镇定及吸引域估计

研究了一类非线性系统的局部稳定问题,应用中心流形定理,给出了这类非线性系统渐近镇定的充分条件和系统的吸引域估计。设计出镇定系统的反馈控制律,特别研究了一类平面非线性系统,给出了系统镇定的若干条件。通过实例说明选取控制律应注意的一些问题,给出了多个实例,表明结果的有效性。

基于PLC的高精度伺服控制系统位置检测

在恶劣工作环境中,基于PLC控制器的伺服控制系统受高温、噪声干扰等因素影响导致位置检测精度误差较大,为改善这一问题设计基于PLC的高精度伺服控制系统。系统的控制单元PLC通过连续位置检测控制、单件位置检测控制零点校正和通信等过程,利用复合非线性反馈控制律,综合线性与非线性反馈,向二维工作台不同方向伺服驱动器输出脉冲输出指令,驱动工作台运行,并带动CCD相机定位在载物台中阵列孔中各需要检测零件的上方,实现定位后触发相机采集图像,计算机处理并分析图像后,通知PLC执行后续的控制过程。实验结果显示,该系统位置检测平均成功率在99.99%以上,位置检测误差上限为0.39×10^-3 rad,显著低于对比系统,且在两种噪声干扰下的抗噪性能均优于对比系统。

具有模型参数不确定性的高超声速飞行器动态特性分析及控制律设计

大范围机动、质量分布快速变化、气动特性复杂,以及飞行器结构、气动、推力的相互耦合,使得高超声速飞行器动力学呈现出强不确定性,给其动态特性分析和控制器设计提出了挑战。文章针对高超声速飞行器模型参数不确定性问题,首先分析各种可能造成模型不确定性因素的物理本质,确定其主要影响因素;在此基础上建立了能够反映这些主要影响因素带来的具有参数不确定性问题的动力学模型;并分析每一个单独不确定性参数变化对飞行器特征根分布的影响;在考虑高超声速飞行器参数不确定性的情况下,针对刚体-弹性体模型,采用修正的反馈线性化方法设计控制律。研究结果对高超声速飞行器的动力学特性分析、总体设计、控制系统设计、准确度分析等提供具有重要参考价值的依据。

高超声速飞行器自抗扰姿态控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器(extended state observer,ESO)及非线性状态误差反馈律(nonlinear law state error feedback,NLSEF),分别设计了高超声速飞行器内环和外环自抗扰姿态控制器。将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为"总和干扰"利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF抑制补偿残差。自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)设计无需精确的飞行器被控模型,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真结果表明,控制系统能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性。

三相六开关APFC的变指数趋近律准滑模控制

针对三相六开关APFC的非线性控制,为进一步提高控制器的启动特性、稳定特性和负载特性,提出了一种电压外环和电流内环均使用变指数趋近律准滑模的滑模变结构控制策略。该控制策略采用变指数趋近律准滑模控制与反馈线性化相结合,实现控制系统的无超调量起动、输出电压纹波小及负载适应性好等特性。在Matlab/Simnlink环境下搭建仿真模型,与PI双闭环控制策略对比输出特性,通过对比说明了所提出控制策略的优越性。最后搭建了5 kW实验样机,利用实验结果进一步验证了所提出控制策略的正确性。

非线性控制系统的全局跟踪

研究了非线性系统的全局跟踪问题,提出一种新的跟踪方案,寻求反馈控制律,意味着非线性系统首先必须是全局渐进稳定的,并保证在完成跟踪误差趋于0时,闭环系统的解应为有界的,则表明系统的全局渐进跟踪问题是可解的.这反映了实际问题中保证系统正常运行的条件.最后给出实例,结果表明所提方法是有效的.

基于双框架变速控制力矩陀螺的航天器姿态控制研究

针对航天器的三维姿态控制问题,研究了一种新型的航天器姿态控制执行机构—双框架变速控制力矩陀螺(DGV),得到基于DGV的精确的航天器姿态动力学方程,分析其力矩放大效应和奇异性。基于Lyapunov稳定性理论设计了航天器姿态跟踪的非线性反馈控制律及基于速度和加速度的操纵律。仿真结果表明,一个DGV即能有效地完成航天器三维的姿态控制。

基于改进ADRC的四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统设计

四旋翼无人机空气动力学特性复杂,易受干扰,从而影响对无人机的稳定控制。为提高无人机姿态控制系统的抗干扰性,设计了一个基于改进自抗扰控制的四旋翼姿态控制系统。将全局快速终端滑模控制技术与传统自抗扰控制技术结合,利用全局快速终端滑模控制技术优化自抗扰控制系统中非线性误差反馈控制律的功能,对自抗扰控制系统进行重新设计,并使用Lyapunov理论证明该控制系统的稳定性。仿真实验结果表明改进的自抗扰控制系统在姿态控制中有着更快的响应速度、更强的抗干扰能力。

一类非线性系统的全局镇定

研究一类非线性系统的全局镇定问题,对一类四阶非线性系统,利用系统的静态稳定性导出了系统的动态稳定性,提出了镇定这类系统的反馈控制律的设计方法,并获得了这类系统全局镇定的充分条件.将所得的方法推广到具有一般性的一类非线性系统中.设计出镇定这类非线性系统的反馈控制律,并证明了在适当条件下闭环系统是全局渐近稳定的.

基于反演算法的严格反馈非线性系统固定时间跟踪控制

针对一类严格反馈非线性系统,研究固定时间跟踪控制问题.基于反演控制策略及Lyapunov稳定性理论,给出使系统全局固定时间稳定的充分条件和设计步骤.所提出的反演控制方案可以消除控制器存在的奇点问题,保证系统的跟踪误差在固定时间内收敛于原点的一个小邻域内,且收敛时间与系统的初始状态无关.最后,通过一个数值仿真示例验证了所提出设计方案的有效性.

非线性齐次时滞系统H_∞控制

讨论了非线性齐次时滞系统的H∞控制问题.首先给出了非线性仿射齐次时滞系统的Lyapunov泛函V(x)具体形式,选取适当的λ* ,使得当λ>λ*时系统的Hamilton-Jacobi-Isaacs不等式有解,从而解决了系统的L2 增益问题.文章最后构造了具体状态反馈控制律u(x) ,使时滞Lyapunov泛函V(x)沿闭环系统轨线导数小于零,保证了系统的渐进稳定性,因而解决了系统的H∞控制问题.