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。

带有状态/输入量化的无人船自适应模糊跟踪控制

针对海上通讯带宽受限情况下无人船的航迹跟踪控制问题,设计了一种带有状态量化和输入量化的自适应反馈跟踪控制方案。在保证有效跟踪的同时,减少执行器执行频次,降低控制幅度。首先,在不考虑量化情况下基于自适应反步法设计了系统跟踪控制律,并结合动态面技术有效降低了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,利用模糊逻辑系统进行逼近。其次,采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和输入变量进行量化,且量化后的状态反馈信息被用于无人船航迹跟踪控制器的设计。根据所得到的量化信息,给出了同时考虑状态量化和输入量化的无人船航迹跟踪控制律。在稳定性分析中,通过Lyapunov稳定性理论证明了在不考虑量化的情况下闭环控制系统的稳定性,并根据递归的方法证明了闭环控制系统中量化变量和非量化变量之间误差的有界性。基于给定的引理,最终证明了在同时考虑状态量化和输入量化的情况下,所设计的带有状态量化和输入量化的模糊自适应反馈跟踪控制系统的稳定性。最后,通过两组仿真实验验证了所提方案的实用性。即在同时考虑状态量化和输入量化的情况下,无人船仍能保持对理想轨迹良好的跟踪性能,并有效减轻了执行器的执行频次,更符合航海工程实践。

基于输入−状态联合估计的漂浮式风机塔架结构载荷反演及状态分析

[目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint input-state estimation,JIS)算法的输入,对漂浮式风机塔架开展结构载荷反演以及实时状态分析。[结果]结果表明:基于JIS算法,以塔架节点的仿真数据作为算法的输入,估计的塔根载荷以及塔架节点响应与仿真结果具有良好的一致性,实现了高精度的反演。[结论]反演结果验证了JIS算法的有效性,可以用于漂浮式风机的实时状态分析,保障漂浮式风机长期安全稳定运行。

非线性控制系统的Runge-Kutta方法的输入状态稳定

研究在什么条件下Runge-Kutta方法能够保持非线性控制系统的输入状态稳定。给出了Runge-Kutta方法生成的近似解保持控制系统真解的输入状态稳定的充分条件,特别证明了在一些常规条件下,所有Gauss-Legendre,Radau IA,Radau IIA,Lobatto IIIC型方法生成的近似解能够保持控制系统真解的输入状态稳定,这为实际应用中如何选择控制系统的数值方法问题奠定了理论基础。

网络上时滞相关脉冲非线性时滞耦合系统的积分输入到状态稳定性

本文研究了网络上时滞相关脉冲的一般非线性时滞耦合系统的积分输入到状态稳定(iISS)性质。利用图论方法和Lyapunov-Krasovskii方法,在单个顶点系统iISS的Lyapunov函数的基础上,构造了整个网络iISS的Lyapunov函数,并推导出了网络上时滞相关脉冲的一般非线性时滞耦合系统存在iISS的充分条件。这些条件表明,如果每个节点上的连续时间系统都是iISS时,网络上时滞相关脉冲非线性时滞耦合系统在不稳定的脉冲出现的频率不太高的情况下仍能保证iISS的性质。

事件触发控制的耦合系统的输入到状态稳定性

本文研究了基于事件触发脉冲控制(ETIC)策略的网络上一般非线性脉冲耦合系统的输入到状态稳定性(ISS),其中脉冲序列由一些预先设计的事件条件生产。与传统的事件触发控制不同,ETIC是指控制器仅在某些与状态相关的事件条件被触发时才被激活,而且在两个连续的触发脉冲瞬间之间没有任何控制传输。事件触发脉冲通常被认为是一类与状态相关的脉冲,其中事件触发机制(ETM)是一个脉冲发生器。利用ETIC策略和图论的方法,建立基于Lyapunov的准则,可以有效避免无限快的触发行为,保证非线性耦合脉冲系统的ISS。为了证明理论结果,我们给出了一个数值模拟的例子来证明理论结果的有效性。

直线电机运动系统输入到状态稳定性分析

直线电机是一种典型的直接驱动系统,具有高速度、高精度和大推力的优点,适用于各种高端装备中的精密直线运动场合。然而,直线电机运动系统的“零传动”特性,使得负载变化、非线性摩擦力、推力波动等扰动因素直接作用于系统,进而严重影响系统的性能和运动精度。为了分析扰动对系统状态的影响,针对直线电机运动系统进行建模并研究系统的输入到状态稳定性分析问题,提出一种基于李雅普诺夫方法的直线电机运动系统输入到状态稳定性分析方法,建立控制器增益与系统输入到状态稳定性之间的关系,为控制器增益的选取提供理论支持。

非线性脉冲系统有限时间输入到状态稳定性研究

基于李雅普诺夫理论,给出了在固定驻留时间条件下非线性脉冲系统有限时间输入到状态稳定(FTISS)的一个充分条件。在连续动力学部分和脉冲动力学部分均考虑了外部输入的情况下,对于不稳定的脉冲作用,给出了系统有限时间输入到状态稳定脉冲频率、系统结构和外部扰动之间的关系。并通过实例说明了该理论的正确性。

脉冲切换系统有限时间输入到状态稳定性研究

我们将有限时间输入到状态稳定性(FTISS)的分析扩展到脉冲切换系统。给出了基于李雅普诺夫理论和固定驻留时间条件下的有限时间输入到状态稳定性的充分条件。本文的结果还包括脉冲频率、系统结构和外部输入的关系,以保证脉冲切换系统的有限时间输入到状态稳定性。在有限时间框架下,研究表明,满足有限时间输入到状态稳定性的系统的运动轨迹将在有限时间内进入最终界限,此后不会超过这一界限。并通过实例说明了该理论的正确性。

具有外部干扰的不稳定剪切梁的输入–状态稳定

本文针对一端受到范德华力的不稳定剪切梁方程,考虑其输入–状态稳定性问题.通过可逆变换把方程等价地变成一个具有反馈循环的2×2的一阶运输方程与常微分方程的耦合系统.通过自抗扰控制方法,给出具有时变增益的扩张状态观测器来估计干扰.应用Backstepping变换和干扰估计量,设计系统的反馈控制来补偿系统本身的不稳定以及消除匹配干扰.通过C0–半群方法证明闭环系统的适定性,以及Lyapunov方法证明闭环系统的输入–状态稳定性.数值仿真验证理论结果的正确性.

时滞半Markov切换随机系统输入–状态稳定性分析的时变驻留时间条件方法

本文针对时滞半Markov切换随机系统,建立了一种基于时变驻留时间条件的不定多重Lyapunov-Razumikhin函数方法,给出了系统输入–状态稳定性和积分输入–状态稳定性判别条件.一方面,构造了一种不定多重Lyapunov函数,不要求每个子系统对应的Lyapunov-Razumikhin函数导数总是保持负定,从而放宽了对于子系统稳定性要求,甚至允许了不稳定子系统的存在;另一方面,提出了一种时变驻留时间条件来表示半Markov切换信号的切换次数与子系统驻留时间之间的关系,利用时变函数对切换次数进行估计,间接放松了不定多重Lyapunov-Razumikhin函数选取的限制.最后,数值算例验证了所提方法的有效性.

一类具有积分输入到状态稳定未建模动态的高阶非线性系统的状态反馈调节

本文研究了一类具有积分输入到状态稳定(iISS)未建模动态的高阶非线性系统的状态反馈调节问题.基于反推技术和iISS的性质,通过恰当地选取设计函数和参数修正律,给出了一个状态反馈控制器的设计过程.设计的控制器保证了闭环系统所有信号的有界性,并且状态渐近调节到零.仿真例子验证了该控制方案的有效性.

基于仿射控制输入的输入状态稳定非线性预测控制

针对有扰动的约束非线性系统,提出了一种基于仿射控制输入的反馈预测控制策略.采用无穷范数定义有限时域代价函数,对其进行极大极小优化得到预测控制律,并应用输入状态稳定分析了闭环系统的鲁棒稳定性,同时还给出了确定容许扰动上界的方法.最后,数值仿真说明本文的预测控制策略是有效的.

有界扰动多变量Hammerstein系统输入到状态稳定模型预测控制

考虑具有状态和控制约束的有界未知扰动多变量Hammerstein系统,提出一种具有输入到状态稳定和有限L_2增益性能的鲁棒非线性模型预测控制策略.基于多变量线性子系统H_∞控制律,滚动预测非线性代数方程的解算误差,继而在线优化计算满足系统约束条件的预测控制量.利用输入到状态稳定性概念和L_2增益思想,建立闭环系统关于该扰动信号具有鲁棒稳定性和L_2增益的充分条件,使闭环系统不仅满足系统约束,而且对不确定扰动输入和解算误差具有鲁棒性.最后以工业聚丙烯多牌号切换过程控制为例,仿真验证本文算法的有效性.

非线性控制系统的输入-状态稳定性及有关问题

输入-状态稳定性是 80年代末对非线性控制系统提出的一个有用的概念 ,由于其具有广泛的应用背景 ,而得到普遍的重视 .本文介绍进入 90年代以来对这种稳定性以及由此派生出来的其他稳定性研究的主要成果 ,讨论了相关的镇定问题 。

一类切换系统的输入—状态稳定性分析与优化控制

利用驻留时间法和Gronwall-Bellman不等式研究了一类切换系统的输入—状态稳定性分析与优化控制问题.在保证切换系统输入—状态稳定的前提下,将切换时刻和切换次数约束条件转化为线性约束,提出了一种新的切换系统优化问题目标函数的形式.与已有的方法相比,该方法无需引入新的状态变量,无需同时满足构造输入—状态稳定控制李亚普诺夫函数和所有子系统都是输入—状态稳定的条件,为控制器的优化设计提供了便利.最后,通过算例仿真证实了文中所提方法的可行性.

非线性广义系统的输入-状态稳定性

研究非线性广义系统的输入-状态稳定性问题.输入-状态稳定性是非线性控制系统的一个重要性质,基于非线性系统的输入-状态稳定性概念,给出非线性广义系统输入-状态稳定(ISS)的定义,并利用ISS-Lyapunov函数给出非线性广义系统输入-状态稳定的一个充分条件.

动态神经网络的输入-状态稳定性分析

针对非自治的动态神经网络系统,建立了动态神经网络的数学模型,并将其等效成一个非线性仿射控制系统.深入分析了该系统平衡点的存在性、唯一性和全局渐近稳定性,给出了系统输入-状态稳定的充分条件,构建了ISS-Lyapunov函数,并应用该函数确保了系统的全局渐近稳定性.

非线性切换广义系统的输入-状态稳定性

针对一类非线性切换广义系统,分两种情况对其输入–状态稳定性问题进行了研究.采用平均驻留时间方法,通过设计适当的切换规则,给出了非线性切换广义系统整体输入–状态稳定的充分条件.相较于已有的控制方法,该方法无需构造输入–状态稳定的Lyapunov函数以及无需设计控制器的具体结构,这在一定程度上方便了控制器的设计.最后,两个仿真算例表明了所提方法的有效性.

一类混沌系统的输入状态稳定控制器设计

针对一类混沌系统中平衡点不稳定的问题,提出一种新型自适应控制器的设计方法。该方法基于输入到状态稳定性理论及小增益定理,采用线性反馈控制与非线性自适应控制相结合的设计思想,在所设计线性反馈增益满足一定取值条件,且非线性控制器部分中的参数满足所设计的自适应律时,使得一类混沌系统的所有平衡点快速实现全局渐进稳定。算例数值仿真验证了该设计方法的有效性。