基于反馈线性化的广义预测控制机械臂轨迹跟踪算法

分析了机械臂轨迹跟踪控制问题的特点,建立了二自由度机械臂动力学模型。为解决广义预测控制(generalized predictive control,GPC)算法难以适用于非线性系统的问题,在现有的GPC算法基础上,设计了基于反馈线性化的广义预测控制(feedback linearization-generalized predictive control,FL-GPC)算法框架,即底层为线性系统预测控制,非线性项使用预估值来进行代替,高层为迭代修正预估量,使用迭代计算的方式对非线性项进行预估。使用FL-GPC算法对二自由度机械臂的静态、动态轨迹跟踪任务进行了仿真。仿真结果表明,算法可以进行有效的机械臂轨迹跟踪控制。

基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

基于非线性状态空间控制的伺服液压执行器跟踪误差仿真研究

目前,伺服液压执行器控制系统不仅响应速度慢,而且执行器运动位移跟踪精度也相对较低。对此,本文设计了非线性状态空间控制方法,并对伺服液压执行器响应速度和跟踪误差进行仿真。建立了伺服液压执行器平面简图,推导出液压执行器运动方程式。针对传统线性控制方法进行改进,利用系统的非线性状态空间模型,通过非线性反馈和坐标变换转化为线性可控系统,给出了非线性状态空间控制流程。针对不同环境条件下的信号波形,采用Matlab软件对伺服液压执行器响应速度和跟踪误差进行仿真,并且与线性控制效果进行比较。仿真结果表明:采用线性控制的伺服液压执行器,执行器响应速度慢、运动位移跟踪误差大,容易受到外界波形的干扰。采用非线性状态空间控制的伺服液压执行器,执行器响应速度快、运动位移跟踪误差较小,能够抑制外界波形的干扰。该执行器能够有效地抑制外界波形的干扰,不仅可以提高伺服液压执行器的响应速度,而且还能降低位移跟踪误差。

基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的USM六自由度镇定控制

水下游动机械臂(USM)作为一种新型的水下机器人,其镇定控制对于水下观测和作业任务的顺利完成具有重要意义。针对USM六自由度镇定控制时,其模型难以准确建立、水流等外部扰动难以观测和6个维度的控制器参数整定困难等问题,提出了一种基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的控制方法。首先建立了USM的动力学模型;其次,考虑到USM强非线性和强耦合性的特点,对动力学模型反馈线性化后设计了PD控制器,并引入了模糊控制逻辑调整控制器的参数;同时为减少建模误差和实际水下环境存在各种不确定干扰对控制效果的影响,设计了一种自适应扩张状态观测器来实时补偿模型的不准确性和外扰。最终,在湖中实验测得,所提方案6维均方根误差(RMSE)为0.425 2、0.166 8、0.168 5、0.267 4、0.117 4、1.003 3,较之传统方案有明显的提升,证明了所提方案的有效性。

三阶三次幂非线性混沌电路的自适应反馈控制和H_(∞)控制

针对三阶三次幂非线性混沌电路,研究其控制问题.首先,给出系统的Lyapunov指数和混沌吸引子,验证系统存在复杂的混沌现象;其次,用自适应反馈控制方法和H_(∞)状态反馈控制方法,设计参数已知和参数未知的自适应反馈控制器以及H_(∞)状态反馈控制器,将混沌系统状态稳定到平衡点上;最后,通过MATLAB软件进行数值仿真验证控制器的有效性,并对两种控制器的控制效果进行比较.

非线性状态误差反馈控制律──NLSEF

给出一种独立于对象数学描述的新型状态误差反馈控制律──ＮＬＳＥＦ方案，跟踪－微分器能够很好地估计出不确定对象的“扩张状态”，从而为实现“状态反馈”和“模型，外扰补偿”提供了可能性。这种”模型补偿”实质上等价于非线性系统的“反馈线性化”。在这个方案中不必为消除外扰引起的稳态误差而采用“积分器”，大量计算机仿真实验表明，本文给出的控制律──ＮＬＳＥＦ具有很好的“适应性”和很强的“鲁棒性”。

基于状态反馈的广义双线性系统H_∞容错控制

针对非线性系统的容错控制问题,以广义双线性系统为研究对象,基于非线性系统H∞控制的概念,提出了利用状态反馈控制器实现广义双线性系统容错控制的方法,给出了状态反馈控制器的存在条件和设计过程。设计的状态反馈控制器在无执行器故障和存在执行器故障的情况下,都能保证闭环系统渐近稳定,且闭环输入输出信号满足H∞性能指标,从而实现系统的容错控制。最后的仿真结果证明了该方法的有效性。

一类非线性广义系统的状态反馈控制

针对状态空间为非最小相位的非线性广义系统的控制问题,首先利用算法求得非线性广义系统的状态空间实现,构建一个等价于原输出函数的综合输出函数,由此可任意配置非线性广义系统的状态空间实现的传输零点,使该状态空间实现为最小相位的;再对所得到的最小相位系统实施状态反馈控制,实现对非线性广义系统的状态反馈控制.并将此法应用到Logistic增长的SIR传染病模型上,以达到最终消除该传染病的目的.仿真结果表明所提方法可行有效.

零点配置与一类非线性广义系统的状态反馈控制

针对状态空间实现为非最小相位的非线性广义系统的控制问题,提出一种非线性广义系统的状态空间实现算法,构建了一个等价于原输出函数的综合输出函数,能任意配置状态空间实现的传输零点,使该状态空间实现为最小相位的.所构建的最小相位输出函数能直接用于构造状态反馈控制器,实现对非线性广义系统状态反馈控制.将所得结论应用于Logistic增长的SIR传染病模型,仿真结果表明了所提方法的有效性和可行性.

离散广义线性时滞系统的有记忆状态反馈H_∞容错控制

研究离散广义线性时滞系统在有记忆状态反馈作用下的H∞容错控制问题。针对执行器故障情形,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了故障发生时闭环广义系统容许且H∞性能指标满足给定上界的充分条件;同时,给出了有记忆状态反馈容错控制器的设计方法。数值例子表明了所提出方法的有效性。

广义离散不确定线性系统状态反馈鲁棒H_∞控制器设计

研究一类具有范数有界参数不确定性广义离散线性系统的鲁棒H∞ 控制问题 .基于矩阵不等式 ,导出状态反馈鲁棒H∞ 控制器存在的一个充分条件 ,并利用矩阵不等式的解给出鲁棒H∞

基于降维状态观测器的网络化广义系统状态反馈控制器设计

针对具有时延和数据包丢失的网络化广义系统,设计了n-l维状态观测器。在此基础上,基于Lyapunov稳定性定理设计了状态反馈控制器,应用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)工具箱得到了控制器参数的求解方法,使得系统经状态反馈后是正则、稳定、无脉冲。最后的数值算例验证了本文方法的有效性和正确性。

广义离散线性系统状态反馈H_∞控制器设计

研究了广义离散线性系统的状态反馈H∞控制器设计问题.基于矩阵不等式,导出状态反馈H∞控制器存在的一个充分条件,并利用矩阵不等式的解给出H∞控制器的一种设计方法.

一类不确定非线性广义系统的状态反馈鲁棒H_∞控制

研究一类不确定非线性广义系统的鲁棒H∞控制问题,不确定性由增益有界的摄动函数表示.基于有广义约束条件的Hamilton-Jacobi不等式,导出系统的无控制标称系统在平衡点局部渐近稳定、是指数1的且从外部输入到控制输出的L2增益小于或等于预先设定的正数的一个充分条件.在此基础上给出所考虑系统状态反馈鲁棒H∞控制器的一种设计方法.

基于非线性状态误差反馈控制律的解耦控制器设计

从非线性状态误差反馈控制律的基本思想出发,给出了NLSEF解耦控制器的设计方法,并对控制量的变化率、控制量的正确实现等工程问题进行了讨论。

带有状态/输入量化的无人艇航向跟踪控制

[目的]针对水面无人艇(USV)的海上通信受限的问题,提出一种带有状态/输入量化的USV航向跟踪控制方法。[方法]基于反步法设计系统控制律,结合动态面技术降低虚拟控制律的计算量膨胀问题。对于控制系统中存在的不确定项及外界干扰,利用扩张状态观测器(ESO)进行估计。采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化,且量化后的状态反馈信息仅用于跟踪控制。利用量化状态递归设计基于ESO的USV航向控制器,证明闭环控制系统中量化变量和非量化变量间误差的有界性。[结果]基于李雅普诺夫稳定性理论,提出了量化误差考量及闭环系统稳定性判定方法,严格证明了所设计的带有状态量化和输入量化的USV航向跟踪控制系统的稳定性,仿真实验验证了该控制策略的有效性。[结论]结果表明,所提方法可为USV航向跟踪控制提供借鉴。

一类非线性广义系统的状态反馈H_∞控制

研究一类非线性广义系统的H∞控制问题.基于Hamilton-Jacobi不等式,给出一类非线性广义系统满足H∞控制性能要求的一个充分条件,即使系统在平衡点局部渐近稳定,是指数1的,且从外部输入到控制输出的L2增益小于或等于预先设定的正数.进而,给出状态反馈H∞控制器的一种设计方法.

广义线性系统基于状态反馈的奇异H∞控制

讨论了线性奇异系统基于静态状态反馈的H∞问题,利用正则化分离技巧,得到了该问题在奇异情况下的一个充分必要条件,推广了已有的结果.

广义线性系统状态反馈H_∞控制器设计

研究了广义线性系统的状态反馈H∞控制器设计问题。基于广义代数Riccati不等式，给出状态反馈H∞控制器存在的一个充要条件，并利用广义代数Riccati不等式的解给出控制器的设计方法。

线性自抗扰控制系统的稳定性分析方法

针对二阶线性系统和二阶线性自抗扰控制,提出了基于误差的稳定性分析方法。该方法通过观测误差、跟踪误差状态量建立闭环系统状态空间模型,借助状态空间模型的特征值分析闭环系统的收敛性,并运用李雅普诺夫法判断系统的稳定性。与基于劳斯判据的稳定性分析方法相比较,二者的分析结论一致,算例和仿真结果验证了所提方法的简单性和有效性。此外,通过仿真和蒙特卡洛实验验证了自抗扰控制相比于PID控制在跟踪性能、抗扰能力和鲁棒性等方面的优势。