不确定网络化控制系统的鲁棒容错控制

提出了网络化控制系统(NCS)的一种建模方法.该方法采用时延估计法和在线取得时延法来获取时变时延,不仅解决了采样时差和时变时延难以估计的难点,而且大大简化了NCS的建模过程.针对NCS中传感器和执行器的失效问题,利用Lyapunov法给出了一种新的鲁棒容错控制算法.运用该算法设计的控制器可使系统在网络时延、故障和建模误差的共同干扰下依然稳定运行,而且该算法接近于普通的状态反馈设计,便于工程实现.实验结果表明,算法能使系统在传感器失效和建模误差的作用下保持鲁棒稳定性.

不确定网络化控制系统的保性能鲁棒容错控制

研究了一类含有不确定性的网络化控制系统的完整性和保性能容错控制问题。基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用状态反馈控制策略,针对含有不确定性的网络化控制系统当执行器发生失效故障时分别推证出了系统仍渐近稳定和能够满足一定控制指标的充分条件,进而通过将矩阵不等式转化为线性矩阵不等式得到了求取两种容错控制器的方法。最后用仿真算例验证了该方法的有效性和可行性。

不确定网络化控制系统鲁棒故障检测

针对一类具有未知输入和模型不确定性的网络化控制系统,基于H∞滤波器研究了系统的鲁棒故障检测问题。利用输入时滞方法,将含有网络传输时滞和数据丢包的不确定网络化控制系统建模成一类具有双加性状态时滞项的连续系统。采用Lyapunov-Krasovskii泛函方法分析了新系统的H∞性能,并将所得结果应用于原系统鲁棒故障检测滤波器的设计,得到了滤波器存在的时滞依赖条件。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。

带时变时滞的不确定网络化控制系统的H_∞控制

针对带时变时滞和不确定参数的网络化控制系统,研究其H∞状态反馈控制问题,给出了一个满足给定的H∞范数界γ的时滞相关的鲁棒稳定性准则,它是根据Lyapunov-Krasovskii泛函方法以线性矩阵不等式的形式给出。然后将这个准则转化为H∞控制问题的一个充分条件,所得到的条件可用来设计一个H∞状态反馈控制器。最后,给出数值例子来说明所提出方法的有效性和可行性。

一类不确定网络化控制系统的H_∞鲁棒完整性设计

研究一类具有参数不确定性网络化控制系统的H∞鲁棒容错控制问题.基于网络化控制系统的时延模型,考虑参数不确定性以及未知扰动对系统的影响,将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用状态反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时仍渐近稳定,且满足给定H∞扰动抑制性能指标的充分条件,并以求解线性矩阵不等式组方便地得到了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.

不确定网络化控制系统的非脆弱容错镇定

针对存在未知扰动、不确定性参数和时延的网络化控制系统,研究了执行器发生随机故障情况下系统的非脆弱容错镇定问题。通过引入范数有界不确定性参数描述控制器实现过程中的时变误差。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式分析方法,得到容错控制器存在的充分条件,求解线性矩阵不等式得到非脆弱容错控制器增益的参数表达式,数值仿真例子验证了控制器设计方法的有效性。

具有介质访问约束的网络化控制系统H∞状态估计

研究了一类存在介质访问约束和信号量化的网络化控制系统的H∞状态估计问题。首先,考虑到介质访问约束和信号量化的影响,将信号量化误差转化为扇形有界的不确定性,对由于访问约束而未获得网络传输的系统输出采用加权补偿策略,根据网络介质的随机访问机制将网络化系统建模为具有不确定性的马尔可夫跳跃系统。然后,在此基础上借助李雅普诺夫稳定性理论和H∞性能约束条件,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法给出状态估计器存在的充分条件,所设计的状态估计器使得估计误差系统渐近稳定且具有给定的H∞性能。最后,通过仿真实例验证了该设计方法的有效性。

基于事件触发的网络化系统输出反馈耗散控制

针对事件触发机制下网络化系统的输出反馈耗散控制问题进行研究。首先,引入事件触发机制来减少有限带宽的影响,节约系统资源;其次,考虑网络化系统中存在的外部干扰,利用输入时滞法建立了基于事件触发机制的时滞系统模型;然后,构造一种时滞相关的Lyapunov-Krasovskii泛函,利用改进的积分处理方法推导出了保证闭环系统严格耗散性能的充分条件,并采用锥补线性化算法求出输出反馈控制器增益和事件触发参数矩阵;最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性与优越性。

智能网络化前照车灯控制系统开发

开发一款基于嵌入式平台的智能网络化前照车灯控制系统,经摄像头和光强检测传感器识别夜间路况,通过STM32F407主控芯片与舵机模块控制前照车灯不同强度和不同角度照射,提高智能客车夜间行车的安全性。

大时滞不确定系统的滞后时间削弱与自抗扰控制

针对具有变时滞、变参数和扰动的大时滞不确定系统的控制问题,本文提出了滞后时间削弱与自抗扰控制方法,综合应用了前馈控制、反馈控制和自抗扰补偿控制.为了提高系统的稳定性,在前馈控制器的设计中采用了系统的边界模型确定控制器参数取值范围;采用系统边界模型输出与系统实际输出的动态加权和作为反馈控制器的输入.为了提高系统控制的性能,自抗扰补偿控制回路的设计基于标称模型的补偿控制器.理论证明和仿真结果表明,所提出的方法是有效的,其在具有模型参数变化、滞后时间变化和外部扰动情况下,能保证系统的稳定性和良好的控制性能.

一类不确定切换模糊系统的记忆保成本控制

针对一类具有状态时滞和不确定性的切换模糊系统,提出了该类系统的记忆保成本控制问题。利用引入系统过去的状态信息,构造有记忆状态反馈控制器,以消除系统时滞对于系统稳定性产生的不良影响。在保证成本函数指标小于某个上界及允许的不确定性条件下,结合多Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)处理方法得到最终的充分条件,保证闭环系统能够渐近稳定;且得到满足设计的切换律的记忆状态反馈控制器增益。最后通过Simulink仿真验证了所提方法的正确性。

基于等价输入干扰的不确定离散时间系统预见重复控制

针对一类具有外部干扰的不确定线性离散系统,提出一种基于等价输入干扰(equi-valent input disturbance,EID)补偿的预见重复控制设计方法。首先,为了在提高系统跟踪精度的同时对外部干扰进行主动抑制,提出一种前向通道包含预见和重复控制器、反馈通道包含EID补偿的多自由度系统结构。然后,利用T阶差分算子,获得包含目标信号预见信息、重复控制器输出以及重构干扰的增广离散系统。于是,设计控制器的问题,变成了离散系统在二次性能指标下的稳定性问题。进一步,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)处理技巧,得到系统稳定性条件,进而获得控制器参数化方法。最后,数值仿真验证了所提方法的有效性。

不确定非线性系统快速终端滑模控制

针对界未知的非匹配不确定非线性系统轨迹快速跟踪控制,设计非线性干扰观测器(NDO)的反演自适应终端滑模控算法。首先设计子系统干扰观测器来确定界未知非匹配项补偿量,并结合子系统的Lyapunov函数求出反演控制中虚拟控制律,并运用指令滤波器解决虚拟项求导所带来的微分膨胀缺陷;再设计系统的非奇异快速终端滑模面并给出建模误差不确定性的自适应律,继而求出系统总控制律以确保总闭环系统有限时间全局渐近稳定;最后机器人动力学仿真案例表明,所设计的控制器能实现对指定轨迹的快速稳定跟踪,控制量光滑弱抖振,并对非匹配干扰具有较强的鲁棒性。

基于双边闭环函数的网络化采样控制系统稳定性分析

考虑数据通信时延不确定环境下网络化采样控制系统的稳定性问题.首先基于输入时滞方法,建立包含采样周期信息的网络化采样控制系统的数学模型,在此基础上,采用双边闭环函数方法和自由矩阵积分不等式技术,得到网络传输时滞变化区间依赖稳定性新准则,并进一步讨论了网络化采样控制系统中网络时延与采样周期之间的关系.仿真结果表明减小采周期可以增强网络控制系统对网络通信时延的鲁棒性.

不确定性智能车辆转向系统的容错控制方法研究

对存在执行器死区、故障现象和模型不确定性的智能车辆转向系统的跟踪控制问题进行研究。首先,采用自适应模糊逻辑系统对转向系统中难以建模的非线性项进行在线逼近,并结合动态增益技术为智能车辆转向系统设计了自适应滑模控制器,以补偿系统控制增益未知、执行器死区和故障现象对控制性能的影响。此外,在该滑模控制器的设计中,采用一阶滤波技术消除了滑模控制器对转向系统造成的抖振。最后,结合李雅普诺夫稳定性理论分析可知,所设计的控制器可以实现智能车辆转向系统的渐近稳定,并通过数值仿真和整车实验验证了所设计的控制方法的合理性。

一种控制输入约束下的不确定离散系统非脆弱保性能控制器设计

【目的】针对考虑扰动及摄动情况下的控制输入约束的不确定离散系统,提出了非脆弱保性能的控制方法。【方法】首先,以最小化目标函数为性能指标、控制输入饱和范围为约束条件,从而推导出约束状态下的非脆弱保性能控制律。其次,使用李雅普诺夫方程来构造非线性矩阵不等式。再次,结合Schur补定理和布谷鸟群智能优化算法对不等式进行求解,得到控制输入约束下的非脆弱保性能控制律的参数。最后,通过Quanser三自由度陀螺仪平台进行试验验证。【结果】试验结果表明,本研究所提出方法的稳态误差浮动不超过0.07、跟踪误差不超过0.15。【结论】该方法在面对扰动及摄动情况时具有更高的鲁棒性,对提升三自由度陀螺仪的稳定性及控制精度具有重要意义。

不确定多智能体系统的事件触发自适应一致控制

研究了一类带扰动的不确定多智能体系统的一致性问题。首先,利用局部状态信息建立状态和扰动观测器,对状态和扰动进行估计,利用估计值消除扰动。其次,将动态事件触发机制应用于一致性控制协议的设计过程中。引入事件触发机制,只有在满足触发条件时进行控制器更新,可以明显减少系统的触发量。最后,构造出不确定多智能体系统的一致性控制协议。引入自适应动态控制参数,利用与事件误差相关的自适应律对参数进行调整,避免了对全局信息的依赖。同时,利用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论证明了所提出的控制协议是稳定的,所设计的动态事件触发机制不具有芝诺(Zeno)行为。仿真实例验证了算法的有效性。

考虑电液伺服系统建模不确定性的一种自适应控制方法

电液伺服系统因具有功率重量比大、响应快、刚度大、维护成本低等优点,广泛应用于工业生产、航空航天、机械制造等领域,在飞行器结构静力/疲劳强度试验中发挥着重要作用。然而,电液伺服系统复杂的物理特性使得对其建立精确的动力学模型非常困难,这为控制器设计带来了很大挑战。本文考虑到电液伺服系统的建模不确定性,基于系统状态空间方程,利用反步法设计了一种自适应鲁棒控制器,在控制过程中系统模型不确定部分能够自适应估计和在线更新。最后,在搭建的仿真平台上进行了跟踪仿真试验,并与PID方法进行对比,验证了所提方法在控制过程中具有更快的响应速度和更高的控制精度。

基于安全强化学习的不确定二阶系统模型参考跟踪控制

针对带有不确定性动态的二阶系统模型参考轨迹跟踪控制问题,设计了一种基于鲁棒控制障碍函数的安全强化学习算法。该算法能在学习跟踪控制器的过程中保证系统避障。首先,对具有安全约束的轨迹跟踪控制强化学习问题进行建模。其次,利用高斯过程模型对未知系统动力学的估计,得到鲁棒的避障控制障碍函数条件,在该条件下得到概率意义下的系统安全性保证。最后,提出基于鲁棒控制障碍函数的安全强化学习算法,得到最优模型参考轨迹跟踪控制律。仿真结果验证了所提算法的有效性。

考虑源荷不确定性电-气储能综合能源系统优化调度控制

针对以新能源为主体的电-气储能综合能源系统源荷随机波动的动态响应问题,搭建了光伏-固体氧化物燃料电池模型,通过电转气技术(power to gas,P2G)将盈余电能转换为氢能可供SOFC使用。以系统频率偏差设计终端滑模函数,提出了一种考虑源荷不确定性的自适应神经网络终端滑模运行控制策略。实现对电解槽和SOFC燃料电池无级功率调节,能够根据实时环境变化和负荷需求迅速做出响应。仿真表明:系统在孤岛运行模式下,相比于其他控制策略,该控制策略下的综合能源系统频率震荡响应更小、弃光量更低。