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。

基于全驱系统方法的高阶严反馈系统时变输出约束控制

针对输出受不对称时变约束的不确定高阶严反馈系统,提出一种基于全驱系统方法的高阶自适应动态面输出约束控制方法.所研究的高阶严反馈系统,每个子系统都是高阶形式,通过非线性转换函数将原输出约束系统转换为新的无约束系统,从而将原系统输出约束问题转化为新系统输出有界的问题.进一步结合全驱系统方法和自适应动态面控制,直接将每个高阶子系统作为一个整体进行控制器设计,而不需要将其转化为一阶系统形式,有效简化了设计步骤;同时通过引入一系列低通滤波器来获得虚拟控制律的高阶导数,以代替复杂的微分运算.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号是一致最终有界的,系统输出在满足约束的条件下能有效跟踪期望的参考信号,且可通过调整参数使得系统跟踪误差收敛到零附近的足够小的邻域内.最后,通过对柔性关节机械臂系统进行仿真,验证了所提出控制方法的有效性.

基于事件驱动离散时不变系统的无线传感器网络节能输出反馈控制机制

针对无线传感器网络节能输出控制过程中,受到网络系统时滞性的影响,导致节能控制输出与期望输出之间存在较大控制误差的问题,提出利用事件驱动离散时不变系统研究无线传感器网络节能输出反馈控制机制。根据无线传感器系统的组成结构,针对反馈关联大系统进行建模,通过对系统的时滞项进行状态约束,并结合模糊控制调节规则构造网络节能输出反馈控制函数,以此为基础,通过设计驱动条件和时不变系统的状态空间模型,完成网络节能输出反馈控制机制的研究。仿真对比实验结果表明,所提控制机制的控制输出与期望输出之间的控制相对误差更小,节能效果较好。

通信受限下T-S模糊网络控制系统L_(1)动态输出反馈控制

针对通信受限的非线性网络控制系统,为兼顾系统性能和节约利用网络资源,引入事件触发通信机制(ETCM),利用时延建模方法和并行分布补偿(PDC)技术,将连续控制系统建模为一个采样数据误差依赖的非线性网络化系统模型;构建保守性低的时滞依赖和模糊基依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出增广系统稳定性和鲁棒性结果,得到鲁棒控制器存在的充分条件,提出一种基于线性矩阵不等式(LMIs)的事件触发参数,以及全局模糊L 1动态输出反馈控制器参数的协同设计方法。采用永磁同步电动机模型仿真验证,结果表明该设计方法可减少网络资源占用,达到闭环控制系统的性能要求。

网络攻击下基于观测器的信息物理系统输出反馈控制

针对信息物理系统中随机发生的虚假数据注入攻击和数据包丢失现象,提出了一种基于观测器的信息物理系统输出反馈安全控制方法.首先,考虑到虚假数据注入攻击和数据包丢失的影响,建立了一类具有网络攻击、数据包丢失和外部扰动等多种约束参数的马尔可夫跳变系统模型;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论、随机系统理论和线性矩阵不等式方法给出系统随机稳定的充分条件,进而设计了具有给定H∞性能的信息物理系统输出反馈控制器;最后,通过仿真实例验证了所提控制方法的正确性和有效性.

虚假数据注入攻击下信息物理系统动态输出反馈控制

针对受到虚假数据注入攻击的信息物理系统安全控制问题,将虚假数据注入攻击作为一类特殊的外部扰动,提出了一种具有攻击防御能力的H_(∞)动态输出反馈控制策略.首先,考虑虚假数据注入攻击对测量通道与随机时延对通信网络的影响,建立了一类具有网络攻击、随机时延和外部扰动等多种约束的闭环系统模型;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论推导出攻击下闭环系统渐近稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式技术给出了H_(∞)动态输出反馈控制器的设计方法;最后通过一个仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

多轴机器人系统输出反馈有限时间同步位置控制

机器人的位置控制是机器人控制领域最基本、最简单的目标。针对多轴机器人系统的高精度位置控制问题,文中结合交叉耦合技术,提出一种输出反馈非线性PD加重力补偿(PD+)同步位置控制器,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术严格证明了闭环系统的全局有限时间稳定性。相比于渐近稳定的全状态反馈控制,所提出的控制器能实现只基于位置测量的多轴机器人系统输出反馈有限时间稳定位置控制;相比于渐近稳定的输出反馈控制,所提出的控制器能实现系统状态的有限时间稳定;相比于不含同步控制项的输出反馈控制,非线性同步控制项的恰当引入使得所提出的控制器能在保证多轴机器人系统的高精度位置控制的前提下,兼顾各轴间的同步协调运动。所提出的控制器具有结构简单、易于实现、更快响应速度和更好系统整体性能等优点,满足生产实际对机器人系统的高精度要求。数值仿真结果验证了所提出的控制算法的有效性和期望系统性能。所提出的控制方法不仅保证了多轴机器人系统的输出反馈全局有限时间稳定同步控制,同时也为一大类非线性二阶系统的输出反馈同步位置镇定提供了一种有效的替代方法。

基于高增益观测器的船舶动力定位系统的输出反馈控制

针对动力定位船舶的速度向量不可测的问题,考虑外部环境扰动,将高增益观测器、动态面控制技术和矢量backstepping方法相结合,设计仅依赖于船舶位置和艏摇角测量值的船舶动力定位系统输出反馈控制律.动态面控制技术的引入,使控制律结构简单,易于工程实现.应用Lyapunov函数证明了所设计的控制律能迫使船舶的位置和艏摇角收敛于期望值,并保证船舶动力定位输出反馈闭环系统所有信号均一致最终有界.基于一艘供给船的仿真研究验证了所设计的基于高增益观测器的船舶动力定位输出反馈控制律的有效性.

船舶动力定位系统的非线性输出反馈控制

针对动力定位船舶的速度不可测问题,考虑带有环境扰动的动力定位船舶运动非线性数学模型,提出一个非线性观测器-控制器控制方案,实现仅依赖于船舶位置和艏向测量值的船舶动力定位的输出反馈控制,且其观测器具有分离的稳定性.应用串级非线性系统理论证明了最终的船舶动力定位输出反馈闭环系统是全局渐近稳定的,所设计的输出反馈控制律迫使船舶的位置及艏摇角全局渐近收敛于期望值.以一艘供给船为例进行仿真研究,结果验证了所设计的船舶动力定位输出反馈控制律的有效性.

改进的扰动LPV系统输出反馈预测控制

针对一类带有有界状态干扰的多胞描述LPV系统,文中提出了一种鲁棒预测控制改进方法,并设计了保证系统渐近稳定的输出反馈控制器。为抵消有界状态干扰,该控制器考虑无扰动LPV系统,基于离线状态观测器,采用线性矩阵不等式求解预测控制无穷时域最小-最大优化问题。随后利用离线状态观测器获得扰动LPV系统与无扰动LPV系统状态的估计值之差,以确定保性能的反馈增益,从而得到使扰动LPV系统渐近稳定的最优偏移量,并将其与无扰动系统控制律组合作为最优控制律施加于实际系统。实验结果表明,运用改进的鲁棒预测控制方法能获得较好地控制性能,同时提高了系统的稳定性和解决优化问题的效率,仿真试验也验证了该算法的有效性。

具有反馈控制的多自主体系统迭代学习输出一致性

为改进多自主体系统的学习过程并提高系统对外部干扰的鲁棒性,提出一种具有反馈控制的迭代学习一致性控制算法。首先,自主体之间通过共享控制输入信息以改进其学习过程,并且当系统外部存在非迭代重复干扰时,通过设计反馈控制器以提高系统的鲁棒性;然后,使用压缩映射的方法对系统一致性进行分析,并严格推导出算法的收敛条件;最后,通过仿真实验验证了算法的正确性和有效性,改进后的算法与P型算法相比有更高的收敛速度,且在存在外部干扰时有更平滑的收敛曲线。

船舶纵向运动多输入多输出不稳定系统的非线性反馈控制

为了提高多输入多输出(MIMO)不稳定系统控制器的鲁棒性与节能效果,以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮在波浪上纵摇和升沉运动的数学模型为研究对象,将数学模型的分子分母具有不稳定零极点过程使用根轨迹成形技术以及引用数学工具加权矩阵将其根轨迹拉到左半平面.之后运用闭环增益成形算法设计控制器的思路,以成形后的模型用一阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器,再引入双极性S函数驱动的非线性反馈代替原有的误差线性反馈.从仿真结果可以看出,在模型产生摄动时,非线性反馈控制改进了升沉和纵摇,控制能量大幅减少,对模型干扰具有鲁棒性能.该方案求解过程简单,并且整个系统控制器与被控对象物理意义明确,设计所得的控制器阶次较低,且补充完善了MIMO不稳定系统的控制器设计方法.

基于LMI的不确定随机时滞系统输出反馈保性能控制

针对一类范数有界的随机时滞系统,研究在一定性能指标下的保性能控制问题。本文为获得能够实现系统保性能控制的最优输出反馈控制器,采用Lyapunov稳定性理论与LMI技术相结合的方法,将保性能控制问题转化为LMIs约束下的可行解问题。提出的控制器设计方案能够实现系统是依概率全局渐近稳定的,同时满足对系统性能指标的要求。此外,通过数值算例说明所提出控制方案的可行性。

基于动态输出反馈的区间二型T-S模糊系统的模型预测安全控制

本文研究了一类在测量输出端带有欺骗攻击的区间二型T-S模糊系统模糊模型预测控制(FMPC)的安全问题。针对不可测的系统状态、系统的非线性和欺骗攻击的破坏性,采用了FMPC框架下的动态输出反馈控制,同时提出了无穷时域上的最坏情况的优化问题,进行性能分析和控制综合。利用二次函数方法和奇异值分解技术,解决了变量之间耦合引起的非凸性,并导出了满足终端约束集的条件。此外,为了减轻攻击对递推可行性的破坏,引入了特殊标量,应用了不等式分析技术。在此基础上提出了一个具有可解性的辅助优化问题来求出所需的控制器,并得到了保证在基于FMPC的控制器下控制系统在H2意义上是均方安全的充分条件。最后,通过一个算例证明了所提方法的有效性。

一类H型双驱龙门架系统的分散输出反馈抗干扰控制

针对一类H型双驱动龙门架系统,在受其建模误差、不确定的参数以及其他的不确定干扰因素影响的条件下,研究了该系统的分散输出反馈抗干扰控制问题。以双驱龙门架系统中的两个平行滑块为研究对象,首先,通过适当的坐标变换将系统转化为两个互联的子系统;其次,在对各个子系统的集总干扰进行扩张的基础上,利用广义比例积分观测器技术和输出反馈占优技术,为各个子系统设计了系统的观测器和抗干扰控制器;最后,严格的理论分析表明,在所给的控制方法下,可以使整个闭环系统的跟踪误差以指数收敛到任意小的区域内,并通过仿真实验验证了算法的有效性。

一类不确定性切换LPV系统的输出反馈H_(∞)控制

针对一类含不确定性的切换线性变参数(LPV)系统研究其输出反馈H_(∞)控制问题.首先设计含驻留时间约束的参数与状态依赖的切换律,基于多参数依赖Lyapunov方法,给出闭环系统渐近稳定且满足H_(∞)性能指标的充分条件.然后解决控制器的可解问题,借助线性矩阵不等式给出控制器中未知参数的设计方法.最后通过数值算例验证方法的可行性.

延迟反馈控制齿轮传动系统的动力学特性分析

齿轮传动系统在高速重载过程中容易出现混沌运动,由此产生异常振动与噪声,严重影响齿轮传动过程的平稳性与安全性。因此,使用延迟反馈控制(DFC)方法,通过DFC-RD、DFC-RV两种控制途径,对单级三自由度齿轮传动系统进行振动控制。建立含延迟反馈控制的齿轮传动动力学模型,并通过数值法对系统求解,获得无控制时齿轮啮合副的动力学特性及冲击状态。然后通过施加DFC-RD、DFC-RV两种控制方式,在控制参数取不同值时得到齿轮传动系统的I/P分岔特性的转迁过程。根据两种途径的控制效果可以得到,在DFC-RD下,较小的时滞量就可将系统从高周期轨道控制至低周期轨道,但对系统冲击状态没有很好的控制效果。在DFC-RV下,则需要相对大一些的时滞量来达到预期目标,这种方式的优点在于合适的时滞τ2会使齿轮传动系统从齿面冲击状态向无冲击状态转变。

参数不确定连续系统的预见重复控制器设计

针对一类参数不确定连续时间系统,本文提出一种具有预见补偿的重复控制器.首先,引入重复控制器,采用预见控制理论中误差系统的方法,构造出包含未来目标值信号信息的扩大误差系统,将原系统的预见重复控制问题转化为扩大误差系统的反馈控制问题;然后,针对扩大误差系统,利用Lyaounov方法和线性矩阵不等式技巧给出闭环系统渐近稳定的条件.并基于此,设计预见重复控制器.最后,数值仿真表明本文结果的有效性.

随机时延网络控制系统的H_∞输出反馈控制器设计

研究了一类具有随机通讯时延的网络控制系统的控制器设计问题.同时考虑了控制器和执行器之间,控制器和传感器之间这两类由于有限网络带宽而出现的随机传输时延.采用满足Bernoulli分布的二进制序列来描述数据传输的随机时延.利用矩阵不等式方法给出了动态输出反馈控制器存在的充分条件,所设计的控制器使得闭环系统是均方意义下指数稳定并具有给定的H∞性能.采用SLPMM(sequentially linear programming matrix method)给出了控制器的求解算法.仿真算例说明该方法的有效性.

一种带有动态输出反馈控制器的网络控制系统的Markov跳变模型

对于网络控制系统(Networked control systems,NCS)中的随机延迟时变有界,其上界大于一个采样周期的情况,建立了带有动态输出反馈控制器的连续时间系统模型.以此为基础,应用连续时间系统模型离散化与增广状态空间方法,建立了受控于有限状态Markov链的离散时间跳变系统模型.在该系统的稳定性控制器设计中,给出了一种求内点法的初始可行解的方法,从而解决了所建模型的可解性问题.理论分析和车载倒立摆上的仿真计算表明,由上述模型与改进算法所给出的动态输出反馈控制器能使系统稳定.