考虑输入饱和的无人艇神经网络命令滤波反步控制

针对具有输入饱和和未知非线性的无人水面艇(USV)系统的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于命令滤波反步的自适应轨迹跟踪控制策略。利用径向基函数神经网络(RBFNN)逼近系统中的未知动态,减少了需要设计的自适应律数量,降低了系统的复杂度,并基于反步法设计了系统的控制律;通过引入命令滤波器及其补偿机制,解决了计算复杂的问题,消除了滤波误差的影响,提高了系统的控制精度;最后仿真验证了所提方法的有效性。

基于命令滤波的多电机协同控制设计及多轴辊压系统应用

针对多电机同步驱动的调速及伺服系统高精度协同控制问题,设计了基于命令滤波反步技术及虚拟主轴同步控制策略的高性能协同控制方法。结合永磁同步电机动力学模型与直轴电流闭环为0的矢量控制策略,构建交直轴解耦的简化多电机模型。基于命令滤波反步技术,设计多电机协同控制器,避免传统反步法控制器设计过程中的项数爆炸问题。进一步采用虚拟主轴同步控制策略设计多个电机之间的同步反馈信号,避免“伺服打架”现象产生的额外能量损耗及机械结构损伤。将所设计控制方法应用在烟草多轴辊压系统中,通过实际生产数据验证了所提方法的有效性与优越性。

具有不确定控制增益严格反馈系统的自适应命令滤波控制

针对一类具有不确定控制增益的严格反馈系统,提出一种基于命令滤波反推技术的自适应神经网络控制方法.该方法采用神经网络对系统中的未知非线性函数进行逼近,并引入命令滤波反推技术克服“计算膨胀”的问题.与现有的命令滤波反推控制文献相比,本文通过构造自适应误差补偿系统,同时消除滤波器产生的边界层误差和不确定控制增益对系统性能造成的影响.仿真结果验证了所提控制方法的有效性.

基于命令滤波反推方法的水面无人艇容错编队跟踪控制

研究了具有模型不确定性和执行器故障的多水面无人艇系统的编队跟踪控制问题。通过在线信息交互,为跟随无人艇设计完全分布式观测器以估计期望的位置、航向和速度,并提出命令滤波反推控制协议。该控制协议实现了闭环误差系统的实用指数稳定性及多无人艇系统的编队跟踪。该控制方法的一个优点是不依赖于通信拓扑图Laplacian矩阵的谱信息,使得提出的控制协议能在完全分布式架构下实施。仿真实验验证了该控制协议的有效性。

基于观测器的连续搅拌反应釜命令滤波控制

针对连续搅拌反应釜系统在实际应用过程中存在的外部扰动和状态不可测问题,设计了一种基于观测器的模糊自适应命令滤波控制策略。首先,利用模糊逻辑系统去逼近系统中存在的非线性函数,同时设计模糊状态观测器对系统的状态变量实时估计;其次,将自适应反步控制方法与命令滤波技术相结合,通过设计非线性扰动观测器准确估计系统的外部扰动,并在反步法设计过程中进行扰动补偿,从而使控制器的设计过程更简单,同时解决了传统反步法导致的“计算爆炸”问题。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明,所设计控制方案具有稳态误差小、控制精度高、抗干扰能力强,可直接对系统状态变量进行观测的优点。

串级连续搅拌反应釜的模糊自适应命令滤波离散控制

针对串级连续搅拌反应釜系统,提出了一种基于命令滤波技术的模糊自适应离散控制方法。利用欧拉法对串级连续搅拌反应釜系统的数学模型进行离散化处理;引入命令滤波技术应对控制器设计过程中由反步法引起的非因果问题和“计算复杂性”问题;借助模糊自适应控制和命令滤波相结合的方法简化控制器设计过程,缩减控制系统的在线计算量;利用差分李雅普诺夫函数证明闭环系统的稳定性;MATLAB仿真结果验证了所设计的控制器是有效可行的。与串级连续搅拌反应釜的现有连续控制方法相比,该控制策略具有更好的直观性和可实现性;与现有离散控制方法相比,该控制策略具有控制器结构简单、计算复杂度低、超调量小、控制输入量易实现等优点。

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。

考虑静差消除的混沌电力系统有限时间命令滤波反步控制

混沌作为一种复杂且不稳定的非线性动力学行为,极易导致电力系统的振荡与失稳,严重威胁着电力系统的安全稳定运行。该研究基于有限时间理论,针对混沌电力系统,提出一种考虑静差消除的有限时间命令滤波反步控制方法。首先,通过径向基神经网络实现对电力系统模型中未知非线性函数的逼近;其次,加入命令滤波器与误差补偿器,实现对虚拟控制信号的求导及误差补偿;最后,针对传统有限时间命令滤波控制中存在的静态误差问题,引入误差积分反馈律,通过反步法设计系统的控制律,使其满足有限时间稳定,实现电力系统在混沌状态下对目标信号的跟踪,从而间接实现电力系统的混沌控制。通过仿真试验证明,该研究所设计的方法能够有效抑制电力系统的混沌振荡现象,消除控制过程中存在的静态误差,进一步削弱控制量之间的耦合关系,保证了电力系统的正常运行。

基于观测器的串级连续搅拌反应釜有限时间命令滤波控制

针对串级连续搅拌反应釜中浓度和温度的测量问题,提出了基于观测器的有限时间命令滤波控制方法。在观测器的基础上,将有限时间控制与命令滤波相结合,为串级连续搅拌反应釜系统设计控制器。首先,利用模糊逻辑系统逼近非线性函数,利用命令滤波技术解决反步法中“计算爆炸”的问题,并引入误差补偿信号来消除静态误差;然后,利用有限时间控制实现反应过程的快速精准控制;之后,利用观测器对系统中生成物和反应物的浓度、温度等状态变量进行估计;最后,利用李雅普诺夫函数证明了系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的控制性能且获得了精准的观测效果。

基于命令滤波反步法的双电机离散同步控制

针对双电机伺服系统同步控制精度问题,在命令滤波的基础上设计离散跟踪与同步控制方案。通过建立双电机系统离散动力学方程,降低了命令滤波器反步法设计过程中的计算难度,还能同时处理虚拟控制信号。在控制器设计中定义补偿信号消除误差,进而提高跟踪性能。结果表明,神经网络可以高效处理电机运行中轴转矩或齿隙等带来的非线性扰动。最终通过Lyapunov分析控制方法的稳定性,结果表明双电机伺服系统在该控制器作用下具有良好的跟踪及同步性能。

考虑误差补偿的柔性关节机械臂命令滤波反步控制

针对柔性关节机械臂在运动过程中易产生振动,使力和位置等控制精度难以保证等问题,提出了一种改进的命令滤波反步控制方法.首先,采用二阶命令滤波器得到反步控制方法中所需的虚拟控制函数及其导数,避免了对虚拟控制函数的多阶求导所导致的计算爆炸问题.随后,为了消除引入命令滤波器所产生的滤波误差,设计了滤波误差补偿机制,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了该策略可保证闭环跟踪误差系统的稳定性.最后,针对单关节柔性机械臂进行MATLAB仿真,证明了该方法的有效性.实验结果表明,加入滤波误差补偿后,跟踪精度提高了12.7%,滤波误差明显减少.

柔性关节机械臂的自适应命令滤波输出反馈控制

针对柔性关节机械臂轨迹跟踪控制中存在模型摄动、外界干扰以及部分状态信息不可测等问题,提出一种基于自适应神经网络观测器的命令滤波输出反馈控制方法。首先,给出含不确定性的柔性关节机械臂动力学方程,并选用RBF神经网络设计自适应律,在线逼近由模型摄动及未知干扰带来的不确定性项;然后,设计自适应神经观测器以对系统不可测状态进行实时估计,并将估计值用于反馈控制,解决部分状态信息不可测的问题;最后,基于Lyapunov理论设计反步跟踪控制器,并引入二阶命令滤波器获得中间虚拟控制量的导数,避免反步递推过程中“计算爆炸”的问题。仿真结果表明,当系统存在模型摄动和外界干扰时,所提自适应命令滤波反步控制方法与传统反步控制方法和误差补偿命令滤波控制方法相比,无需连杆的角速度以及电机轴的转角和角速度等状态信息,且轨迹跟踪精度分别提升78%和35%。

命令滤波回馈递推自适应大机动飞行控制

针对飞机大机动飞行提出了一种命令滤波回馈递推自适应控制方法。基于回馈递推的思想适当选取Lya-punov函数递推得到控制律,同时设计相应的自适应律来调节未知参数,考虑到飞机内部状态变量和激励器的物理限制,命令滤波器被引入到递推设计过程中,并利用一种基于免疫克隆原理的改进粒子群算法优化固定参数改善动态性能。仿真结果表明,当激励器饱和时,设计的控制律仍能理想地跟踪飞机大机动指令飞行,同时具有快速的收敛性和良好的鲁棒性。

考虑输出约束的机械臂命令滤波反步控制

为了提高双连杆柔性关节机械臂系统的轨迹跟踪响应速度与轨迹跟踪精度,提出一种具有输出约束和误差补偿的双连杆柔性关节机械臂命令滤波反步控制策略(BLF-CFBC)。首先,在反步控制设计中构造对数型障碍李雅普诺夫函数来替代常规的二次型李雅普诺夫函数,使得轨迹跟踪误差被约束在预先设定的误差范围内,从而在加快误差收敛速度的同时保证了轨迹跟踪精度;其次,采用命令滤波器输出子系统递推过程中所需的控制函数及其导数,以避免基于李雅普诺夫理论的常规反步控制方法中由于对控制变量的反复求导而导致的计算爆炸的问题,从而有效降低了计算维度;最后,引入误差补偿机制,利用控制变量与滤波器输出之间的误差来构造系统变量,以降低命令滤波器的误差对机械臂跟踪精度的影响。采用Matlab搭建系统模型进行仿真实验,结果表明,所提控制策略与不考虑输出约束和误差补偿的命令滤波反步控制策略(CFBC)相比,双连杆柔性关节机械臂关节1、2的轨迹跟踪响应速度分别提升了20%、30%,轨迹跟踪误差分别降低了4%、3.5%。

基于有限时间永磁同步电机命令滤波位置跟踪控制

针对永磁同步电机动态数学模型存在的问题,本文基于永磁同步电机非线性模型,利用有限时间的控制方法,对永磁同步电机的命令滤波位置跟踪控制进行研究,提高了系统的收敛速度及干扰抑制能力。在传统反步设计方法的基础上,引入命令滤波技术,克服了在传统反步控制中由于对虚拟控制函数连续求导引起的"计算爆炸"问题,通过设计补偿误差机制,减小了滤波误差,并利用Matlab仿真软件进行仿真验证。仿真结果表明,本文设计的控制方法能够克服负载扰动的影响,使跟踪误差收敛到原点一个充分小的邻域内,实现了对永磁同步电机准确快速的位置跟踪控制。该研究在实际工业过程中具有一定的实用意义。

考虑铁损的永磁同步电机随机命令滤波控制

针对永磁同步电机在运行中产生的随机扰动问题,提出了一种考虑铁损的永磁同步电机随机命令滤波控制方法。运用命令滤波技术解决了在电机反步控制中出现的“计算爆炸”问题,引入补偿信号消除滤波误差,采用神经网络技术近似系统中未知的随机非线性函数,选择随机Lyapunov函数并分析系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够实现对预期设计的信号的快速跟踪,有效地解决了系统的随机扰动问题,保证了系统的稳定性。

基于命令滤波的异步电机有限时间位置跟踪控制

针对传统反步控制中存在的"计算爆炸"问题,本文结合有限时间和命令滤波控制技术,给出了基于命令滤波的异步电机有限时间位置跟踪控制。在反步设计中,引入了命令滤波技术,通过设计误差补偿机制,减小了滤波误差,成功地解决了在电机传统反步控制中的"计算爆炸"问题。结合有限时间控制技术,减小了系统跟踪误差,缩短了动态响应时间,提高了系统的收敛速度和干扰抑制能力,为验证基于命令滤波的异步电机有限时间位置跟踪控制方法的可行性,利用Matlab软件进行仿真分析。仿真结果表明,本文提出的控制方法,可以使目标信号快速跟踪期望信号,保证系统的跟踪误差能够在有限的时间内收敛到原点的一个充分小的邻域中,最终实现对异步电动机快速准确的位置跟踪控制。该方法具有一定的实际应用价值。

考虑输入饱和的异步电机随机命令滤波控制

针对异步电机调速系统中存在的随机扰动问题,本文在传统反步法的基础上,利用神经网络逼近系统中的非线性函数,同时运用命令滤波技术,解决了传统反步法中存在的计算爆炸问题,实现了对考虑输入饱和的异步电机速度调节控制。为验证所设计控制器的有效性,利用Matlab进行仿真分析。仿真结果表明,本文设计的控制器能够有效抑制随机扰动,克服输入饱和的影响,可以很好地跟踪给定的期望信号,保证跟踪误差收敛在原点很小的邻域内。当t=5s时,负载转矩变化,系统仍能快速跟踪给定信号,实现了对异步电动机快速有效的控制。因此,该方法具有较高的理论研究意义和实用价值。

异步电动机的命令滤波自适应速度调节控制

针对异步电动机驱动系统中存在的负载扰动和参数不确定的问题,本文在传统自适应反步控制方法的基础上,运用神经网络逼近系统模型中未知的非线性函数,同时采用命令滤波技术,解决了传统反步法中对虚拟控制函数进行连续求导而无法避免的计算爆炸问题,实现对异步电动机的速度调节控制。为了验证本文所提方法的有效性,在Matlab环境下对异步电动机进行仿真分析,仿真结果表明,即使在参数不稳定和有负载转矩扰动的情况下,本文所提出的控制方法依然可以很好的跟踪给出的期望信号,并确保跟踪误差收敛到原点很小的邻域内,可实现对异步电动机快速有效的控制。因此,该方法具有一定的实际应用价值。

基于命令滤波技术的多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂系统(cooperative manipulators system,CMS)位置和力的控制问题,本文基于机械臂动力学方程,构建了CMS模型,将反步法与命令滤波技术相结合,不仅解决了加速度不连续的问题,而且构建了误差补偿系统,提升了跟踪效果;同时,采用模糊自适应技术,处理系统中的未知非线性项及干扰项,并基于Lyapunov方法,证明系统的稳定性,为验证所设计的新的控制策略的正确性,在Matlab/Simulink模块搭建仿真实验。仿真结果表明,本文所设计的控制策略,能保证系统具有良好的跟踪效果,且误差可以在极短的时间内收敛到一个极小的值;在物体运动加速度不连续时,虽然命令滤波技术(command filtering control,CFC)和动态面技术(dynamic surface control,DSC)都可以保证物体的位置和内力跟踪到理想的运动轨迹,但是CFC的控制效果要优于DSC的控制效果。说明本文所设计的控制策略可以保证CMS的位置和内力快速的跟踪期望轨迹。该研究具有一定的实际运用价值。