约束闭环系统的虚拟参考反馈校正控制

采用虚拟参考反馈校正控制方法,通过最小化由一簇输入/输出观测数据组成的L2范数的代价函数来设计控制器;对于含有椭球约束不等式条件的非线性优化问题,将目标准则函数和两约束条件转化为线性矩阵不等式形式,采用椭球优化迭代算法产生一系列体积逐渐减小的椭球序列,并最终收敛于一个最优解,同时,推导出椭球优化迭代算法所需迭代次数的一个上界;针对椭球优化迭代算法的初始化,提出一种基于凸优化理论水平集的初始椭球选取策略,采用仿真算例验证了所提出方法的有效性.结果表明:采用虚拟参考校正控制来设计闭环系统中的2个控制器时,可以得到较为准确的控制器参数估计值;采用椭球优化算法可以得到较快的收敛速度.

非线性闭环系统的虚拟参考反馈校正控制设计

针对闭环非线性系统中的控制器为一非线性函数的情况,采用虚拟参考反馈校正控制的设计原理,根据控制器的输入—输出观测数据构造一个基于输出数据的线性仿射函数。通过最小化逼近误差,利用系统辨识的参数估计方法求取线性仿射函数中可调参数权值,从而采用一个含可调参数权值的线性仿射形式来逼近原非线性控制器,通过对参数权值的调整使得逼近误差较小,并给出参数权值的凸优化求解过程。最后用仿真算例验证方法的有效性和可行性。

虚拟参考反馈校正控制的统计渐近性分析

虚拟参考反馈校正控制(VRFT)是一种数据驱动的控制策略,其避免了系统对象的建模过程,广泛应用于比例—积分—微分(PID)控制器的调整中。因未知参数估计值的统计渐近方差矩阵是整个系统辨识领域中的一个重要的衡量指标,利用泰勒级数展开得到未知参数估计的误差,对此参数估计误差建立其对应的方差矩阵式,利用矩阵运算推导出该方差矩阵式中的两对角元素。此两对角元素则对应为闭环控制系统中关于两未知参数估计矢量的渐近方差矩阵子式。以此渐近方差矩阵为基础,通过建立其迹运算的最优化问题来求解最优的滤波器。最后用仿真算例验证该方法的有效性和可行性。

虚拟参考反馈校正时变控制的规范设计

为折衷线性控制器和非线性控制器间的差距,采用虚拟参考反馈校正控制策略研究线性时变控制器的设计问题。对于两控制器中未知时变参数矢量的辨识,在原代价函数的基础上通过增加一项关于两未知时变参数矢量的规范项,来约束时变参数矢量的跳变特性。对于未知时变参数矢量的优化过程,采用可分离非线性最小二乘算法重复迭代以得到全局最优解。借助凸优化理论,推导出一个关键规范值,以此值作为规范值合适选取过程中的初始值。最后用仿真算例验证了辨识方法的有效性。

具有死区输入的HXD_2型机车制动缸自适应补偿控制

为研究HXD_2型机车制动缸在制动时受副风缸压力和轮对径向形变挤压时的制动缸活塞位置控制精度,考虑实际工况中换向阀阀口死区非线性和轮对挤压闸瓦及制动缸活塞杆产生的未知扰动、制动缸内壁与活塞非严格配合导致的压力漏损,建立了具有死区输入的制动缸非线性系统模型;针对换向阀阀芯游移方向的不确定性,引入Nussbaum类型函数;为改善系统误差面的收敛性,引入虚拟反馈控制函数;依据Lyapunov稳定性理论,构造了基于Nussbaum函数的死区自适应补偿控制器。理论分析及仿真结果表明,制动缸伺服系统闭环跟踪误差半全局一致有界并收敛于0;系统跟踪误差动态抖振较小且收敛迅速;控制输入及Nussbaum函数平滑有界。具有死区输入的制动缸伺服系统能够有效克服死区非线性,并对外部未知时变负载和参数漂移具有较强鲁棒性。

闭环系统的虚拟参考反馈校正控制及迭代最小辨识

在线性框架下研究基于输入输出观测数据对未知系统模型中两反馈控制器的设计问题.采用虚拟参考反馈校正控制直接设计控制器,无需系统建模过程.在构造代价函数时,同时考虑闭环传函和灵敏度的模型-匹配问题.针对模型匹配过程,分别设计虚拟输入和扰动;推导用于观测数据预处理的滤波器.在设计控制器前,利用概率统计法对控制器进行检验以保证闭环系统的稳定性.针对控制设计中的参数优化,利用数值优化理论分析迭代最小二乘辨识算法所生成的迭代序列与全局最优值间的逼近式,以此式作为评价收敛性和收敛速度的依据.最后用仿真算例验证方法的有效性.

HXD2型机车制动缸死区输入自适应补偿

为研究HXD2型电力机车闸瓦间隙调整器在制动时受副风缸压力和轮对椭圆形踏面挤压时的位置控制精度,考虑实际工况中死区输入的非线性和流经细长管路的风压波动、活塞与制动缸内壁非严格配合引起的压力漏损,建立了具有死区输入的制动缸伺服系统的数学模型;针对死区输入未知时变参数的非线性系统,结合阀口游移方向的不确定性,引入Nussbaum类型函数;为改善系统误差面的动态响应,引入虚拟反馈控制函数。理论分析表明,制动缸伺服系统闭环输出有界,跟踪误差半全局一致终结有界并收敛于0。仿真结果表明,误差面动态抖振较小,收敛迅速;Nussbaum函数有界并收敛。具有死区输入的制动缸伺服系统可实现气压存在较大波动及线路上存在激扰时对位置指令输入的近似无偏跟踪,并对参数慢时变漂移具有较强鲁棒性。