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。

非平稳随机激励下高维非线性系统可靠度分析的概率密度全局演化方法

实际工程结构遭受的灾害性动力作用(如强风、地震等)往往具有显著的随机性和非平稳性。对复杂随机激励下高维非线性系统的动力可靠度进行精细化分析,对于实际工程结构的抗灾设计和优化具有重要意义。基于一般连续随机过程的降维概率密度演化方程,给出了一类非平稳随机激励下的高维非线性系统动力可靠度分析方法。具体地,若仅针对系统某一感兴趣物理量在给定安全域下的首次超越问题,则可以构造该物理量在安全域内的吸收边界过程,并建立其瞬时概率密度函数满足的二维偏微分方程,即降维概率密度演化方程。方程中的本征漂移系数是驱动概率密度演化的全局性物理驱动力,可以通过对原系统有限次代表性确定性动力分析获取的数据进行数值构造。采用数值方法求解降维概率密度演化方程,即可获得系统的动力可靠度解答。文中通过两个算例验证了该方法的有效性,并讨论了需要进一步研究的问题。

基于紧支撑多变量多项式函数的非线性随机系统概率密度函数形状控制方法

针对非线性随机系统的概率密度函数(PDF)形状控制问题,文中以FokkerPlanck-Kolmogorov(FPK)方程为研究工具,提出了一种基于紧支撑多变量多项式(CSMP)函数的非线性随机系统PDF形状控制方法。当系统处于稳定状态时,系统的PDF被困在特定的紧凑子空间中,不需要对整个空间进行积分。而CSMP函数在一段连续的空间内非0,满足紧凑子空间的特征。因此,文中将CSMP的线性组合(CSMP-LC)作为FPK方程的稳态近似解逼近目标PDF。首先,采用飞蛾扑火优化(MFO)算法优化CSMP-LC函数的参数;然后,通过对多维稳态FPK方程的每一维状态变量进行积分,确保稳态FPK方程在整个空间中的积分为0;最后,求解出一维和二维非耦合的状态变量PDF形状控制器,并进行了仿真实验。结果表明,对于一维非线性随机系统,文中提出的方法能有效地实现对不同类型目标PDF形状(单峰形状、双峰形状、三峰形状)的控制,且在目标PDF形状为复杂的三峰时,文中方法的均值、方差、峰度和偏度误差均优于其他两种方法。文中方法扩展到二维状态变量非耦合的非线性随机系统时,也能较好地实现对PDF形状的控制,为多变量随机系统的PDF形状控制研究提供了新的思路。同时,CSMP函数可以减少积分计算的复杂性,降低了非线性随机系统的PDF形状控制器的求解难度。

具有未知协方差噪声的随机非线性系统的固定时间控制

该文针对具有协方差噪声的随机非线性系统研究其固定时间控制问题,旨在使其更快地收敛至平衡状态。首先,该文给出了一个关于期望收敛时间上界估计的重要推论,该推论能够得到期望收敛时间的最小上界。然后,通过定义自适应参数补偿未知协方差噪声,将加幂积分技术、自适应控制和反步设计方法相结合,构造了一个状态反馈控制器。根据相关固定时间稳定性定理和推论,验证了所设计的控制器可以使闭环系统依概率固定时间稳定。最后,利用一个实际系统仿真来说明所设计控制策略的有效性。

带有时滞的非线性随机差分系统的均方指数稳定性

针对具有时变时滞的非线性随机差分系统,通过非负矩阵的比较原理和谱性质,提出了解的均方指数稳定性的判别准则和时滞无关的稳定性判据、时滞相关的稳定性判据,讨论并举例说明了理论结果的有效性。

基于SRCKF算法的多自由度非线性系统动载荷识别方法

为识别铁道车辆车钩等存在非线性刚度阻尼的单一维度、多自由度系统的外部动载荷,提出一种基于平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法的载荷识别方法。以一个二自由度的非线性弹簧阻尼系统为例,建立包含外部动载荷和系统部件状态变量的非线性过程函数,以各自由度振动加速度为观测量,基于平方根容积卡尔曼滤波算法识别外部动载荷。仿真结果表明,该方法可以较好地识别作用在多自由度非线性系统上的随机载荷,刚度非线性系统和阻尼非线性系统的识别结果相关系数分别为0.997和0.999。

随机非线性系统的有限时间命令滤波输出反馈跟踪控制

研究了一类随机非线性系统的输出反馈跟踪控制问题。首先,引入带有补偿机制的有限时间命令滤波技术,以解决传统反步法带来的复杂度爆炸问题。然后,借助于自适应控制策略来补偿不确定参数。在该控制策略下,输出信号能够在有限时间内跟踪给定的目标信号。利用随机有限时间稳定性理论,将有限时间命令滤波技术与模糊逻辑系统相结合,确保输出跟踪误差系统能够在有限时间内实现稳定。最后通过仿真验证设计控制器的有效性。

强非线性中立型随机时滞系统的间歇性反馈控制

本文研究的是一类系数是强非线性的混合中立型随机时滞系统的间歇性反馈控制问题.与现有的间歇性控制器不同,该控制器可以随意改变有效时间域的长短,并根据有效时间域的不同,去接受不同的输入形式,如:周期性时间输入、有界非周期性时间输入、指数非周期性时间输入和全时间输入等.最后,利用Lyapunov函数,M–矩阵和Ito公式,证明了其系统的指数稳定和几乎确定的稳定,并通过算例仿真验证了该控制器的有效性和正确性.

基于预见与PI补偿的不确定非线性系统鲁棒滑模控制

针对一类匹配不确定非线性连续时间系统,本文提出一种具有预见与PI补偿的鲁棒滑模控制设计方法.首先,为提高系统的跟踪性能和鲁棒性,在常规的滑模控制基础上,引入前馈预见与PI控制器.然后,通过增加扩展系统状态变量方法,构造一个包含可预见的目标信号的不确定增广系统,并将控制器的设计问题转化为增广系统的稳定性问题.在此基础上,针对标称增广系统,应用最优控制原理,设计最优预见PI控制器;针对不确定增广系统,应用变结构控制方法,设计最优预见PI滑模控制器,实现不确定系统的鲁棒调节.所得结果推广和包含了已有文献中的一些结果.最后,数值仿真验证所提方法的有效性.

反馈非线性系统随机梯度辨识算法及其收敛性

反馈非线性受控自回归系统是由前向通道的受控自回归模型和反馈通道的静态非线性构成,这类系统经过参数化后得到双线性参数辨识模型.本文通过对辨识模型中双线性参数乘积项进行分解,基于梯度搜索原理,提出了反馈非线性系统的随机梯度辨识算法.为了改善随机梯度算法的收敛速度,引入遗忘因子,文章给出了遗忘因子随机梯度算法,利用随机过程理论,建立了随机梯度算法的参数估计收敛定理,证明了算法的收敛性.最后,通过数值仿真验证了算法的有效性.

不确定随机非线性系统自适应观测器设计

考虑带非参数不确定项的随机非线性系统自适应观测器设计问题.不同于已有结果,系统的不确定项无需满足Lipschitz连续性条件,也不必要仅仅是系统输出的函数.通过设计一个带参数自适应律的非线性观测器来重构系统状态,该观测器结构简单且易于实现.应用Lyapunov稳定性理论和随机微分理论证明该观测器是最终有界的,并且它的界可以通过选取适当的参数进行调节.最后,数值仿真结果表明了该观测器的有效性.

具有不确定噪声的随机非线性系统的鲁棒自适应跟踪

研究了一类随机非线性系统的鲁棒自适应跟踪问题.文中利用随机控制Lyapunov设计方法,对于受方差不确定Wiener噪声干扰的参数严格反馈形式的系统,给出了参数自适应律和控制律,使得跟踪误差在4次均方意义下收敛到一个小范围内.

不确定高次随机非线性系统的自适应控制

针对一类含有噪声干扰和非线性参数的高次随机非线性系统,研究了依概率全局自适应稳定问题.在噪声的协方差未知的情况下,利用自适应增加幂积分方法和参数分离技术,提出了一种反馈占优设计方法并构造了一个光滑自适应控制器.该控制器能保证闭环系统依概率全局稳定,并且系统的状态几乎必然收敛到零.仿真例子验证了控制方案的有效性.

一类随机非线性系统的有限时间H_(∞)控制

本文研究一类随机非线性系统的有限时间H∞控制问题.考虑闭环系统在有限时间间隔内的瞬态性能和抗干扰能力,对伊藤型随机非线性系统进行了研究.利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)得到了系统满足均方有限时间有界的充分条件,进一步设计了有限时间H∞控制器,并给出了系统满足均方有限时间有界和相应H∞性能的充分条件.最后给出了两个例子验证了该方法的有效性和可行性.

一类非线性随机不确定系统的鲁棒滤波

研究了满足下列条件的一类非线性随机不确定系统的鲁棒H∞滤波问题:假设系统的线性部分的参数矩阵带有不确定性,且不确定参数是时变范数有界的,而非线性项在原点处满足一致Lipschitz条件,外部干扰是一个随机过程.通过线性矩阵不等式,给出了该系统的鲁棒H∞滤波器存在的一个充分条件,最后给出一个实例说明此方法的可行性.

参数不确定的非线性随机时滞系统的H∞滤波

研究了一类带有参数不确定性的非线性随机时滞系统的鲁棒H∞滤波问题。假设参数不确定性是范数有界的并且系统的动态方程是由伊藤微分方程所描述的。对所有容许的参数不确定性以及外界干扰,构造一个线性、无时滞、不确定性及独立的状态滤波器,使滤波误差动态系统是指数均值稳定并且独立于时滞的。针对单时滞系统和多时滞系统两种情况,基于线性矩阵不等式(LMI)方法给出了保证鲁棒H∞滤波存在的充分性条件。最后,数值仿真结果很好地说明了该方法的有效性。

不确定变时滞非线性随机系统的鲁棒稳定性

探讨了同时具有分布时滞和离散时滞的凸多面体不确定非线性随机系统的鲁棒稳定性.利用随机Lyapunov稳定性理论和自由权矩阵方法,基于参数依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,获得了系统的时滞相关及参数相关的鲁棒稳定性的充分条件,并以线性矩阵不等式的形式给出了系统的稳定性判据.最后用算例说明了文中方法的有效性.

不确定随机非线性时滞系统的自适应神经网络跟踪控制

针对一类具有严格反馈形式的随机非线性时变时滞系统的自适应神经跟踪控制问题,本文利用神经网络参数化和反推(backstepping)方法,构造出一类自适应神经网络状态反馈控制器。仿真结果表明,这种自适应控制器保证闭环系统的所有变量概率意义下有界,并使系统的输出跟踪参考信号,跟踪误差收敛到原点的一个充分小的邻域之内,仿真验证了该方法的有效性。

考虑参数不确定性的非线性梁随机振动分析

非线性系统的随机振动分析一直是结构动力学领域中的难点,已有一些研究表明基于矩等效的线性化方法在功率谱预测上会得到不恰当的分析结果;另一方面,由于不确定性在实际工程中普遍存在,如果同时考虑非线性和不确定性,更是显著增加了问题难度。本文以具有非线性非理想边界梁为研究对象,基于梁模型的动力学微分方程推导了对应的广义频响函数,并应用Volterra级数理论建立了非线性系统随机振动的谱分析方法,最后,结合蒙特卡洛抽样方法计算了具有参数不确定性非线性梁响应功率谱的均值和方差,讨论了不确定性对结构随机振动响应统计特征的影响。

非线性不确定微分系统的期望稳定性

现实问题中,系统会受到外界因素的干扰,如果受到的干扰因素是不确定的,可以用不确定微分系统来解决.稳定性是微分系统研究中的一个基本概念,对有些系统来说干扰因素的影响不大,而有些却产生显著的变化,文章研究三类非线性不确定微分系统,分别给出非线性不确定微分系统依期望稳定的判定条件,并给出证明过程.