基于固定阈值事件触发扩张状态观测器的多智能体协同目标环绕控制

针对复杂多扰环境下面向未知运动目标的多智能体对峙跟踪问题,提出了一种基于固定阈值事件触发扩张状态观测器(FTESO)的多智能体协同目标环绕控制方法。首先,建立了智能体与目标的相对运动模型,将目标加速度、模型非线性、环境摄动视为集总干扰,利用量测的相对位置信息构造可降低测量端状态更新频次的FTESO,以实现在非周期采样条件下对于相对速度不可测和集总干扰未知的精准估计。其次,结合速度方向场理论生成目标与智能体间的期望相对速度,根据相邻智能体间的相对角间距信息与FTESO的观测结果,设计了一种不依赖目标加速度信息的多智能体相位协同一致性协议,使得多智能体能够以指定环绕半径、环绕角速度和相对角间距实现对未知运动目标的环绕跟踪。借助Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统中所有误差信号最终一致有界。最后,通过仿真和比较结果验证了所提算法的有效性。

基于扩张状态观测器的虚拟编组触发模型预测控制

为研究实际线路环境下的虚拟编组列车编队控制问题,综合考虑系统的实时性和抗扰性,本文提出一种基于扩张状态观测器的触发模型预测控制方法。首先,基于虚拟编组列车动力学方程搭建多车追踪模型,并设计终端函数,确保系统的稳定性;其次,针对模型预测控制中存在计算效率低和资源浪费的问题,引入事件触发机制,在求解优化问题时增加判断条件,以提高系统的实时性;再次,在前馈通路上加入扩张状态观测器,对环境中存在的扰动实时估计并补偿,减少干扰造成模型不准确的现象,提高模型的抗扰动能力;最后,基于MATLAB和Simulink仿真平台设计4列列车追踪的运行场景,并与传统模型预测控制方法进行对比,从控制精度和计算时间两方面验证所提方法的有效性。仿真结果表明:相较于传统模型预测控制方法,本文所提出的事件触发机制中3个阈值τ为0.001,0.010,0.100的计算效率分别提高了47%,64%,73%;在面对外部扰动时,本文所提算法在抗扰性上提高了33%。

基于状态观测器的动态事件触发机制

针对内部状态不可测的线性系统,在状态观测器输出反馈的基础上,提出一种动态事件触发机制。采用状态观测器来估计内部状态并设计事件触发机制,利用李雅普诺夫控制理论得到使系统渐近稳定的2个线性矩阵不等式(LMIs),并在求解LMIs的基础上设计控制器中的参数和事件触发条件,同时,通过引入内部动态变量提出一种动态事件触发机制。实验结果表明,该动态事件机制可以避免存在Zeno行为,并通过仿真示例说明理论的正确性和有效性。

周期性拒绝服务攻击下基于状态观测器的事件触发滑模控制研究

针对周期性拒绝服务攻击(denial-of-service,DoS)攻击下的信息物理系统(cyber physical systems,CPSs),研究了一种基于状态观测器和事件触发机制的滑模控制方法。首先,本文通过设计事件触发机制和状态观测器,提出了线性矩阵不等式求解观测器增益矩阵,保证系统满足增益性能。接着,通过周期性Do S攻击参数,事件触发机制和状态观测器设计滑模控制器,提出一个充分条件使得系统能到达滑模面,实现系统闭环稳定,对Do S攻击具有较强的鲁棒性。最后,通过数值仿真验证了该方法的有效性。

撤销发表《含扩展状态观测器的双馈风机事件触发滑模控制》一文的声明

2021年3月11日,本刊编辑部收到四川大学电气工程学院作者向勇、杨晓梅来函,针对发表于本刊2020年第47卷第5期39-46+74页的《含扩展状态观测器的双馈风机事件触发滑模控制》一文,因“存在较大的质量问题”,申请撤销发表。编辑部同意向勇、杨晓梅作者撤销发表该文的申请,并已将撤销发表情况告知收录本刊的各数据库。

基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制

针对考虑外部海洋环境扰动和内部模型不确定性的多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV),研究其在通信资源受限和机载能量受限下的协同路径跟踪控制问题.首先,针对水声通信信道窄造成的通信资源受限问题,设计一种基于事件触发机制(Event-triggered mechanism,ETM)的协同通信策略;然后,针对模型不确定性和海洋环境扰动问题,设计一种基于事件触发机制的线性扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)来逼近水下航行器的未知动力学,并降低了系统采样次数;最后,针对机载能量受限问题,设计一种基于事件触发机制的动力学控制律,在保证控制精度的前提下,降低了执行机构的动作频次,从而节省了能量消耗.应用级联系统稳定性分析方法,分别验证了闭环系统是输入状态稳定的且系统不存在Zeno行为.仿真结果验证了所提基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制方法的有效性.

圆形轨迹导引下的无人机事件触发抗干扰环绕控制

针对内部不确定性以及外部环境摄动的目标环绕控制问题,在基于反步法的双层制导框架下,利用级联控制思想,提出了一种圆形轨迹导引下的四旋翼无人机事件触发抗扰环绕控制方法。在轨迹回路中,构建了可满足持续激励条件的目标位置估计器,保证仅通过视线方位角就能获取可满足最终一致有界条件的目标估计项。随后,基于目标的位置估计结果,设计了目标环绕控制律生成线速度指令,并通过方向向量场验证了该环绕制导律的有效性,消除了现有李雅普诺夫向量场制导(LVFG)对相对位置和目标速度的依赖。在姿态回路中,通过采用扩张状态观测器(ESO)补偿系统的集总不确定性,设计了基于相对阈值事件触发控制的姿态控制器,在有效降低控制器到执行机构之间信号传输频率的同时,实现了四旋翼无人机对静止/移动目标环绕。然后,借助输入状态稳定性定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够实现圆形轨迹导引下四旋翼无人机对静止/移动目标的环绕监视。

具有外部扰动的奇异非线性多智能体系统的事件触发跟踪控制

针对Lipschitz非线性奇异多智能体系统的事件触发跟踪控制问题,研究了系统在具有外部未知扰动条件下的领导跟随一致性。引入基于采样数据的事件触发函数,有效利用了网络带宽和通信能量,并避免了Zeno行为发生。使用相对输出信息的扩展状态观测器,提出了一种分布式控制协议,在此协议下系统实现领导跟随一致性,并利用奇异系统理论和Lyapunov稳定性方法进行了分析和证明。最后,通过仿真实例验证了所提出方法的有效性。

基于事件触发和扩展状态观测器的液压位置跟踪系统控制研究

基于网络控制技术的液压控制系统具有远程控制、模块化、资源共享等优点。然而,液压控制系统本身具有强非线性和参数不确定性等特点,结合网络控制系统具有的通信带宽受限等问题,导致控制效果不好而限制了应用。针对以上问题,提出一种具有事件触发机制和扩展状态观测器(Extended state observer, ESO)的自适应鲁棒控制策略。通过引入事件触发机制过滤大量的冗余数据,提高通信带宽的利用率。基于模型设计出一种扩展状态观测器,同时对速度值和不匹配外干扰进行估计。通过自适应算法在线估计液压控制系统的不确定参数。通过Lyapunov稳定性理论分析闭环系统的全局稳定性。试验表明所设计的算法在减少了大量数据传输量的同时,具有良好的位置跟踪控制性能。

永磁同步电机的事件触发位置跟踪控制

针对永磁同步电机控制系统中存在的抗扰性能差和计算资源浪费问题,提出一种基于事件触发自抗扰的位置跟踪控制方法。该方法采用位置-电流双环结构,利用转子角位置信息设计位置环控制器,通过构建事件触发机制设计事件触发扩张状态观测器,估计外部扰动和内部不确定性。该观测器在保证扰动估计效果的同时,降低实时更新的计算负担。使用Lyapunov稳定性理论证明控制系统输入状态稳定,并证明系统不存在Zeno行为。仿真结果表明,改进的位置跟踪控制方法具有节约计算资源、无超调的特点,能提高负载转矩突变时的动态响应性能。

工业信息物理系统间隙DoS攻击的自适应事件触发稳定控制

针对具有间隙拒绝服务(DoS)攻击的工业信息物理系统(ICPS),研究一种基于观测器的自适应事件触发稳定控制方案。首先构造一个观测器估计系统状态,并采用一种新的自适应事件触发通信方案以节约网络资源;然后通过受频率和持续时间限制的间隙DoS攻击对ICPS的影响建立攻击模型,将受到DoS攻击的ICPS划分为DoS攻击活跃期系统和DoS攻击休眠期系统,并用一些过去成功触发状态重构当前受到攻击的状态,得到基于动态估计器的攻击补偿机制,保证系统在DoS攻击活跃期间的渐进稳定;最后运用分段Lyapunov泛函方法、Jensen’s不等式和Schur补引理,得到系统的稳定条件,并提出自适应事件触发参数、观测器增益和控制器增益的协同设计方案。用间歇反应器系统模拟间隙DoS攻击下基于自适应事件触发的ICPS系统稳定性能。仿真结果表明,自适应事件触发策略和基于动态估计器的补偿机制不仅能够提升系统的稳定性,还能有效降低数据传输的次数,系统在静态事件触发策略下的触发次数大约是在自适应事件触发策略下的4.5倍。

基于事件触发的船舶编队有限时间控制

为改善船舶编队的时效性,针对船舶编队在海上作业时存在频繁的不必要的通信消耗问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间控制策略。设计一个编队扩张状态观测器观测船舶动态信息并补偿船舶模型中的不确定性及外界干扰;针对自身的船舶编队系统定义一个由广义误差变量组成的固定阈值触发函数,将事件触发函数与非线性终端滑模控制器相结合,大大降低了编队控制律的更新频率;利用Lyapunov有限时间理论验证整个编队系统的有限时间稳定性,并证明控制器不存在Zeno行为。仿真结果显示,设计的编队控制器能在5 s左右达到预期队形。与连续时间编队控制器相比,设计的编队控制器在保证编队队形的基础上大大降低了触发次数,从而节约了编队系统的通信资源。

基于事件触发采样的混沌系统同步算法

综合事件触发采样和状态观测器设计方法,提出了基于事件触发采样的混沌系统同步模型.应用李雅普诺夫稳定性理论建立了系统同步的充分条件,并利用Matlab软件给出了相应的同步算法设计.通过对蔡氏混沌电路的仿真,验证了所得算法的有效性.仿真结果表明,所提出的同步算法易于实现,同步效果好,可以在一定程度上减少数据采样次数.

非理想通信条件下微电网分布式有功功率控制

一致性控制是目前微电网控制领域主流的分布式控制方法之一。一致性控制系统的正常运行依赖于可靠的分布式控制器和通信网络。然而,通信网络中不可避免存在各种非理想因素,其中的通信干扰将导致电网中分布式电源出力以及电网频率出现偏差,甚至危及电网的安全运行。针对微电网一致性控制中的通信干扰,分析了干扰对系统控制性能的影响。进一步,提出了一种含状态观测器的分布式有功功率控制策略,给出了含事件触发机制的可变增益系数设计方法,分析了所提分布式控制策略在非理想通信条件下的动态性能,理论证明了该策略对典型形式的通信干扰具有良好的抑制能力,可显著提升微电网运行的可靠性。仿真和实验结果验证了所提策略的正确性和有效性。