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。

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。

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.

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。

基于模糊非线性状态误差反馈策略的EPS回正控制

为了解决电动助力转向(electric power steering,EPS)系统回正控制中快速性与准确性之间的矛盾,提升回正控制的稳定性,文章针对PID控制中积分环节的不利影响及滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)较为依赖精确数学模型的问题,采用了非线性状态误差反馈(nonlinear state error feedback,NLSEF)的EPS回正控制策略;对NLSEF的参数采用模糊化控制调节,以转向盘的转角及角速度作为输入变量,建立回正控制策略模型。台架试验结果对比表明,参数模糊化控制的NLSEF方案明显改善了EPS的回正性能,同一车速条件下,不论转向盘初始状态如何,都能快速、准确地操纵汽车回正。

具有未知增长率的一类上三角非线性多智能体系统的协同控制

基于有向领导者-追随者型的网络拓扑结构,研究了一类具有未知增长率的上三角非线性多智能体系统的协同控制问题。首先,通过引入坐标变换,将原系统转换为带有时间增益的等效系统;其次,针对标称系统进行控制器设计,获得原系统的分布式时变状态反馈控制器。所设计的控制器能够保证追随者与领导者的输出跟踪误差有界,且闭环系统所有信号有界。最后,利用仿真实例验证了控制方案的有效性。

CCM Buck变换器的状态反馈精确线性化的非线性解耦控制研究

基于非线性系统的微分几何理论,应用脉冲模型积分法建立CCM(电流连续型)Buck变换器的非线性仿射模型,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式,得到了Buck变换器状态反馈精确线性化模型,由此提出了电感电流和输出电容电压解耦控制策略。研究结果表明,Buck变换器通过状态反馈实现精确线性化得到的非线性控制策略,比现有的PI控制有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性。同时说明状态反馈精确线性化能对Buck变换器这类分段线性系统实现完全解耦控制,从而具有一般性理论和实际意义。

电流连续型Boost变换器状态反馈精确线性化与非线性PID控制研究

基于非线性系统的微分几何理论并结合传统PID控制的优点,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型并推导出非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式,得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型。文中结合基于输出误差的PID控制,提出了变换器非线性PID解耦控制策略。研究结果表明,Boost变换器非线性PI解耦控制,比传统的PI控制有更好的动态响应和稳态特性,状态反馈精确线性化能对Boost变换器这类分段线性系统实现完全控制解耦。DC/DC变换器利用状态反馈精确线性化技术并结合传统PI控制技术的优点进行解耦控制,其结果对进一步研究具有一般性理论和实际意义。

基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制

针对矩阵变换器输出电流易受电网电压、负载不对称影响的问题,设计了一种基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制器,实现对输出电流的实时准确的跟踪。根据矩阵变换器的拓扑结构,构建矩阵变换器的输出端数学模型。利用Park变换将该数学模型变换为标准的仿射非线性系统,构建了反馈线性化控制器。利用MATLAB/Simulink将采用所设计的控制器的矩阵变换器与传统矩阵变换器进行仿真对比。仿真结果表明,设计的控制器有效地改善了系统在三相输入电压不对称、三相负载不平衡的非正常工况下的输出电流性能。将设计的控制器应用在搭建的矩阵变换器样机上,样机调试结果进一步说明了所设计的控制器的可行性。

基于非线性H_∞状态反馈的机器人鲁棒控制

针对机器人存在参数不确定性以及外界未知干扰的情况 ,运用反推 (backstepping)设计方法 ,通过求解非线性 H∞ 状态反馈控制问题 ,设计了一种鲁棒控制器 ,实现了对外界未知干扰的有效衰减 ,以及只考虑参数不确定性时系统跟踪误差的渐近收敛性 .最后给出了对两连杆刚性机器人的仿真 ,验证了控制效果 .

基于输入对状态反馈线性化的非线性励磁控制

将输入对状态反馈线性化的思想应用于发电机励磁控制系统,得出了一套实用的发电机非线性励磁控制规律,应用此方法和采用状态反馈精确线性化的方法推导出的非线性控制规律具有一致性,且比基于微分几何理论的状态反馈精确线性化方法更加简单实用。仿真证明该文提出的非线性励磁控制器在系统发生大扰动时比常规的AVR+PSS更能抑制系统的振荡,对增强系统稳定性具有一定作用。

光伏并网逆变器非线性离散最速误差反馈控制策略

基于LC滤波器的光伏并网逆变器输出电流通常采用dq或αβ坐标系下的线性控制策略,难以克服内外扰动等不确定因素对系统的不利影响,因而系统鲁棒性较差。在重新建立光伏并网逆变器非线性数学模型的基础上,提出一种基于非线性离散最速函数的控制策略,通过误差反馈实现逆变器输出电流的快速无差跟踪,提高系统抗干扰能力。搭建以TI公司DSP2812为控制核心的4.5k W三相光伏并网逆变器样机,实验证明了该方法的优越性。

基于状态反馈精确线性化的MMC非线性解耦控制研究

柔性直流输电中,传统闭环比例积分(proportion integral,PI)控制策略基于两电平电压源型换流器模型进行设计,对于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)并未考虑其桥臂环流和子模块电容电压动态特性的影响,以致MMC的有功、无功和环流间并未实现真正的完全解耦控制,且难以兼顾暂态响应速度和稳定性之间的平衡。鉴于以上不足,该文基于状态反馈精确线性化理论,提出一种MMC非线性解耦控制策略,给出其非线性状态反馈律的设计方法和完整控制框图,对其进行零动态稳定性分析并给出PI控制器参数的具体整定方法。该文以两端MMC-HVDC为例对分别应用传统闭环PI控制和非线性解耦控制的MMC暂态性能和抗扰动性能进行对比,仿真结果表明:相对于传统闭环PI控制,非线性解耦控制实现有功和无功间完全解耦控制,且暂态响应迅速,控制参数易于整定,具有更强的抗交直流电压扰动特性。

用放大器反馈控制消除电桥非线性误差

采用放大器反馈控制法克服了传感器电桥的非线性误差,通过解析的方法找到了克服非线性误差的放大器反馈控制条件。在忽略放大器输入偏置电流和输入噪声电压的情况下,给出了四种校正电路中放大器失调电压对测量系统影响的输出表达式,并分析比较了每一种校正方法的特点,得到最佳的测量线路,使失调电压及其漂移的影响减小了5倍。本研究为传感器电桥测量系统设计中的放大器选择和测量方案的确定提供了理论指导。

两个非线性系统Hopf分岔的状态反馈控制

本文简单介绍了Hopf分岔理论 ,对于Vanderpol振子和一个发生亚临界Hopf分岔的二阶非线性系统分别设计了具有可变增益的状态反馈控制器 ,利用Lyapunov稳定性定理证明了在该控制器作用下 ,可以消除非线性系统的Hopf分岔现象 ,保证系统的渐近稳定 ,控制器与系统参数的变化范围无关 ,数值仿真也表明了这种控制方法的有效性。因此 ,对于发生Hopf分岔的非线性系统 ,可以通过设计合适的状态反馈控制器去消除Hopf分岔 ,维持系统的渐近稳定 ,而不仅是延迟分岔的出现 。

基于IFO-KΔx的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

采用Hammerstein模型描述非线性系统时,可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统,数学分析已证明,在不同的前提条件下,Luenberger函数观测器、全维状念观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手,导出几个重要概念,从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统,应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时,其控制器和观测 器可以独立地设计,即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统,为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。

非线性控制系统中状态反馈的实现

本文给出对非线性控制系统用状态观测器实现状态反馈的方法。对闭环设置的不是系统极点,而是线性饱和型非线性特征。同时,用线性饱和型非线性环节预处理参考输入。从大量仿真结果看,本文的方法完全可行,且调整有关参数能得到很好的闭环品质.

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.

一类非线性微分代数系统的L_2-增益分析及状态反馈H_∞控制

分析了一类非线性微分 代数系统的 L2 增益 ,并讨论了一类状态反馈H∞ 控制问题 .在一定条件下给出了控制器的设计 ,并保证了闭环指数为 1且零解渐近稳定 .