具有执行器饱和的正线性系统的事件触发控制

尽管事件触发控制策略在提升通信效率方面效果显著,但在实际运用过程中,可能会因为触发次数的减少而导致系统稳定性下降.针对这一问题,本文提出了一种新的事件触发控制策略,实现了执行器饱和正线性系统在通信效率和系统稳定性之间的平衡.首先,引入权重因子构建了一种线性加权事件触发机制,并基于该机制和凸包技术设计了事件触发状态反馈饱和控制器;其次,利用线性余正Lyapunov函数方法,在事件触发机制下分别建立了一般吸引域估计和最大吸引域估计下闭环系统正性和稳定性的充分条件.这些条件可以退化为时间触发机制下的条件,从而实现通信效率和系统性能之间的平衡;再次,给出了事件间隔时间的严格正下界,从而避免了Zeno行为,即系统在有限时间内进行无限次触发;最后,通过一个仿真例子验证了所提出的事件触发控制策略的有效性和优越性.

具有执行器饱和的不确定系统的干扰抑制控制

针对传统的干扰观测器(DO)设计并未考虑实际系统中普遍存在的执行器饱和问题,提出了一种具有抗饱和补偿的基于干扰观测器的控制(DOBC)策略.首先探究传统DOBC在执行器饱和时产生积分饱和现象的原因;然后通过最小化性能指标设计了一种抗积分饱和的补偿器,并将其与DO结合,使得修改后的DOBC能够有效处理执行器饱和;最后对所得闭环系统进行局部渐近稳定性分析.比较仿真结果表明,存在执行器饱和时,所提出控制方法具有更小的位置跟踪误差和干扰估计误差,并且设计的补偿器可以保持DO的状态尽可能接近没有执行器饱和时的状态,进而验证了所提出控制方法在抗干扰和抗饱和方面具有优越性.

具有执行器饱和特性和未知扰动的时变时滞系统鲁棒预测控制

针对具有执行器饱和特性和未知扰动的时变时滞离散系统,提出一种混合H 2/H∞指标的鲁棒模型预测控制方法。首先,用凸组合方法对执行器饱和特性进行变换,很大程度上降低了处理执行器饱和特性的复杂度,并且构造了依赖时变时滞上下界的Lyapunov-Krasovskii泛函。其次,通过Lyapunov稳定性理论,研究了混合H 2/H∞鲁棒模型预测控制在范数有界意义下的扰动抑制问题,得到了混合H 2/H∞鲁棒模型预测控制器存在的充分条件。最后,进行仿真对比,结果表明提出的方法具有很强的鲁棒性和良好的应用价值。

考虑执行器饱和的复杂动态网络鲁棒采样切换控制

随着计算机和网络技术的发展,复杂动态网络鲁棒采样切换控制受到广泛关注。探讨了在执行器饱和情况下不确定切换复杂动态网络的非周期采样控制问题。由于采样间隔上限受到停留时间的限制,采样数据控制器模式和系统模式之间的异步问题可能是由采样间隔内切换的子系统引起的。通过考虑无切换的采样间隔和有切换的采样间隔,分别构建了参数相关的李雅普诺夫闭环泛函。在平均停留时间的定义下,借助所构造的泛函,给出了不确定切换复杂动态网络误差系统的均方指数稳定性判据。此外,基于稳定性准则,针对执行器饱和情况下的不确定切换复杂动态网络,设计了全新的异步非周期采样控制器。根据提出的稳定性条件并采用非周期采样控制器设计方法,保证了不确定切换复杂动态网络与目标节点指数同步。最后,将利用蔡氏电路的算例与其他类似方法进行了对比,验证了所提方法的有效性,同时证明了利用所提方法得到的最大允许采样区间较大。

具有执行器饱和的切换2-D系统事件触发控制

针对具有执行器饱和的切换2-D连续离散系统,提出了一种基于多Lyapunov函数法的事件触发控制方案;为了减少通信资源浪费和执行器的损耗,提出了一种事件触发机制;该触发机制考虑了执行器饱和特性,只有当执行器未饱和,且满足事件触发条件时,控制器才会更新;利用凸组合技术和多Lyapunov函数法,提出了一种状态依赖的切换信号与状态反馈控制器的设计方法,并对闭环系统的指数稳定性进行了分析,利用线性矩阵不等式技术导出了控制器增益矩阵存在的充分条件;利用Darboux方程的仿真算例验证了所提出的事件触发控制方案的有效性,仿真结果表明了在所设计的控制方案下,闭环系统的状态是指数收敛的,同时还能减少通信资源的浪费。

一体化执行器饱和线性矩阵不等式跟踪容错控制器设计

针对一类执行器幅值饱和的不确定非线性系统,提出了基于线性矩阵不等式的一体化主动容错控制器设计方法.考虑执行器传感器同时故障情形,采用系统增维方法,将原系统等效转化为仅含执行器故障虚拟系统,简化了容错控制器设计.其次采用凸组合法对执行器饱和非线性进行描述,确保控制输入始终在幅值范围以内.在此基础上,设计了集自适应估计律与控制器于一体的主动容错控制器,并将控制器增益解算方法,转化线性矩阵不等式约束下的优化问题.最后通过飞机数值算例验证了设计方法的有效性.

执行器饱和T-S模糊系统的鲁棒耗散容错控制

研究了一类执行器饱和状态变时滞T-S模糊系统的鲁棒容错控制问题.通过时滞相关Lyapunov函数和对状态的椭球域约束,基于线性矩阵不等式技术,提出了非线性系统稳定的不变集条件和模糊鲁棒耗散容错控制器存在的充分条件.控制方案的设计结果不仅为执行器饱和状态变时滞T-S模糊系统的无源控制和H∞鲁棒控制建立了统一框架,而且保证了闭环控制系统对执行器故障的稳定性和容错性.最后以时滞倒车系统的控制仿真验证了方法的有效性.

执行器饱和不确定线性系统的分析和设计

为探讨含饱和状态反馈单输入系统的稳定性问题,依据LYAPUNOV函数方法,给出了该系统是全局渐近稳定还是区域渐近稳定的充分性条件,且对区域渐近稳定的情况计算其不变吸引椭球, 运用RICATTI方程叠代法设计控制器以使所得系统不变吸引椭球尽量大,并将这种分析和设计的方法被推广到控制饱和不确定系统。通过仿真算例说明了该方法的有效性。

含状态时滞及执行器饱和不确定系统反馈镇定及L_2增益分析

研究了具有控制饱和状态时滞不确定系统的L2控制问题,提出了状态反馈方法,利用Lyapunov函数可获得时滞相关的线性矩阵不等式.线性矩阵不等式条件可保证闭环系统无干扰时鲁棒内稳定性和在某椭球内预先给定的有干扰时L2性能水平,该不等式通过引入辅助矩阵解除了执行器饱和对系统的影响而更易于实现且减小了保守性.采用线性矩阵不等式技术,将控制器存在的充分条件转化为凸优化问题.在此基础上设计了系统的状态反馈控制器,最后用数值仿真验证了所提出方法的可行性.

具有执行器饱和与随机非线性扰动的离散系统模型预测控制

针对具有执行器饱和与随机非线性扰动的离散系统,提出一种模型预测控制器设计方法。通过引入一个服从Bernoulli分布且已知条件概率的随机变量描述系统的随机非线性扰动,根据预测控制的滚动优化原理,在每一采样时刻,求解保证无穷区域二次性能指标期望值的上界达到最小的优化问题。运用Lyapunov稳定性理论,给出了保证控制算法可行性和闭环系统随机稳定性的充分条件。最后通过仿真验证了所提控制方法的有效性。

执行器饱和单输入线性系统的分析和设计

若线性系统可被某状态线性反馈全局渐近镇定 ,饱和介入反馈后 (具有反馈的 )系统稳定性或得以保持 ,或降为区域渐近稳定 .本文作者就这一问题给出简洁判据 ,且对后者计算其不变吸引 (超 )椭球 ;在此基础上用叠代法求取使椭球尽量大的反馈增益 ;最后用算例说明方法的有效性 .

执行器饱和下的最优IMC-PI控制器设计

控制器性能会受到执行器饱和现象的影响,为了准确评价系统在出现执行器饱和时的跟踪性能,研究了饱和条件下基于内模法(internal model control,IMC)的跟踪性能基准PI控制器的设计问题。当被控对象可近似为一阶带滞后(first order plus dead time,FOPDT)模型时,选取绝对误差积分(integral absolute error,IAE)为控制器性能评价指标,给出了IAE指标与控制器参数的关系。通过分析闭环传递函数的时域特性,建立控制器输出最大值与控制器参数的解析关系,可直接根据解析关系式选取饱和情形下基准IMC-PI控制器的参数。仿真证明所提方法较其他抗饱和方法更为简洁且跟踪效果更好。

基于LMI的执行器饱和的切换系统稳定性研究

研究了执行器饱和条件下切换系统原点吸引区的估计及扰动抑制问题。对给定的反馈矩阵和切换方案,利用辅助反馈增益矩阵,首先给出了无扰动情况下用椭圆区域描述的包含切换系统原点的不变集条件。然后将这个条件扩展到系统包含有界扰动的情形,提出了一种新的判断椭圆区域是否切换系统的不变集的条件。将所得到的条件描述为变参数的线性矩阵不等式(LMI),用基于LMI的方法建立状态反馈律并使系统保证稳定性的同时抑制扰动。仿真结果证明了这种方法的有效性。

执行器饱和的随机Markov切换系统的观测器设计

利用直接法对转移概率是部分未知的,并且具有执行器饱和现象的随机Markov切换系统进行稳定性分析.通过引入自由连接权矩阵降低系统的保守性.首先,针对此类随机Markov切换系统,充分考虑转移概率中元素之间的特性,通过构建参数依赖型Lyapunov函数,并设计观测器确保闭环饱和系统的随机稳定性.然后,在线性矩阵不等式的框架下,得到均方意义下的最大不变吸引域,并将其归结为求解一组线性矩阵不等式的可行性问题.最后,数值仿真算例验证本方法的有效性.

执行器饱和离散时间线性系统鲁棒稳定性

针对含执行器饱和离散时间线性参数依赖系统,分别采用独立的、仅参数依赖、同时参数和饱和依赖的二次李亚普诺夫函数方法去估计其不变吸引域,分别导出系统有着不变吸引椭球的以线性矩阵不等式(LMIs)表述的充分性条件。为得到保守性小的估计,分别提出了以上述LMIs作约束的相应优化算法。最后,算例显示同时参数和饱和依赖李亚普诺夫函数处理法所得结果的保守性较之其它两法要小。

带执行器饱和的柔性关节机器人位置反馈动态面控制

针对带有执行器饱和的柔性关节机器人系统,提出一种位置反馈动态面控制,以实现机器人连杆的角位置跟踪.在一般动态面控制的设计框架下,设计观测器重构系统未知速度状态,利用径向基函数神经网络学习饱和非线性特性,结合"最小参数学习"算法减轻计算负担.通过Lyapunov方法证明得出闭环系统所有信号半全局一致有界,跟踪误差可以通过调节控制器参数达到任意小.仿真结果表明,控制系统能够克服外界干扰,有效补偿系统存在的执行器饱和,实现柔性关节机器人的准确跟踪控制.该方法避免了传统反演设计存在的"微分爆炸"现象,简化了设计过程.

执行器饱和网络化控制系统鲁棒容错控制研究

针对实际网络化控制系统(NCS)中存在的执行器饱和约束,及冗余执行器分担故障执行器任务时更易进入饱和区域现象,研究了执行器饱和闭环故障不确定NCS的鲁棒H∞保性能容错控制问题。根据Lyapunov稳定性理论,通过引入辅助反馈矩阵,将执行器饱和项转换成线性函数的凸组合形式,并应用改进的Jensen积分不等式及更紧界引理,推证出执行器饱和闭环故障NCS具有鲁棒H∞保性能容错能力的少保守性时滞依赖充分条件,并给出了鲁棒H∞保性能容错控制器的设计方法及保性能指标、扰动抑制率指标的优化设计。仿真结果表明,所述方法可使同时受到执行器饱和约束、网络属性、模型参数摄动以及有限能量外部扰动影响的闭环故障NCS渐近稳定,且具有一定的抗扰动能力及保代价动态性能。

执行器饱和时滞系统的状态反馈控制

研究了一类执行器饱和时滞系统的状态反馈控制问题。基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式方法,给出了系统全局渐近稳定的充分条件和状态反馈控制器设计方法。通过在Lyapunov函数中引入参数矩阵,降低了所得稳定条件的保守性。

执行器饱和不确定多智能体系统的一致性

研究了无向图下一类执行器饱和不确定多智能体系统的一致性问题,提出一致性控制算法。根据Lyapunov稳定性理论,选取合适的Lyapunov函数,得到多智能体系统可以达到领航-跟随模型下半全局一致性条件。采用凸组合的方法,处理执行器饱和项。借助椭球域和多面体对系统进行吸引域估计。给出数值仿真算例,并运用MATLAB线性矩阵不等式和Simulink工具箱进行仿真,结果表明文中结论有效。

执行器饱和约束下机器人手臂的最优容错控制

为了提高机器人手臂系统在饱和约束和电机故障下的控制精度,提出了一种最优容错控制策略。首先建立了机器人手臂故障模型,然后设计了故障观测器对故障值进行估计,并提出包含电机故障与饱和约束的性能指标,最终利用神经网络准确估计出性能指标,从而得到了最优容错控制策略。MATLAB环境下仿真结果表明,所设计的最优容错控制策略与自适应容错控制方法相比具有更优的控制效果,能够在0.2 s内稳定跟踪指令信号,最大跟踪误差仅为0.9°,同时输出力矩始终满足饱和约束要求,所设计的故障观测器能够在0.2 s内准确估计出故障值,最大估计误差仅为0.2 N·m,大幅提高了机器人手臂系统的控制精度。