基于观测器的不确定非线性系统L_1自适应控制

针对一类严格块反馈型不确定非线性系统,采用反步设计方法提出了一种新的基于滑模状态观测器的L1自适应控制方案。由于系统状态不完全可测,首先设计滑模观测器对系统状态进行估计,并分析观测器的收敛性,在此基础上,通过反步法得到系统的理想控制律。为了消除反步控制中的"项数膨胀",引入非线性跟踪微分器来提取理想控制律的微分信号。为提高系统响应的瞬态性能,消除控制输入的高频振荡,引入L1自适应控制对控制律进行改进,通过理论推导证明了闭环系统的稳定性。最后通过数值仿真算例验证了所设计控制方案具有快速的收敛性、良好的跟踪性等期望性能。

非线性机炉协调系统的多变量输出反馈L1自适应控制

针对机炉协调系统非线性、参数时变、受扰等特点,将现有单输入单输出、线性输出映射系统的输出反馈L1自适应控制算法推广至一类多输入多输出、非线性输出映射的系统.利用2-范数意义下利普希茨条件的性质,给出根据被控对象数学模型确定参数搜索界的方法,并对所设计控制系统的稳定性及瞬态跟踪误差界进行了分析.采用机炉系统的阀门反馈信号作为状态观测器的输入信号,解决了阀门开度的物理限制导致的积分饱和问题.利用经典的Bell-str9m机炉协调系统模型,分别对汽包水位偏差设定值不为零/为零的2组典型工况点进行了大范围负荷跟踪的仿真实验.实验结果表明,所提出的控制算法相比传统的鲁棒控制算法,过渡时间短及超调量小,在进行大范围负荷跟踪时,无需重新整定控制器参数仍能保持优良的控制性能.

基于非线性L_1自适应动态逆的飞行器姿态角控制

钊对常规动态逆控制器不能有效抵消系统中的不确定性这一缺点,提出了一种非线性L_1自适应动态逆控制方法.该方法能够克服常规动态逆的不足,在保证系统鲁棒性的前提下,提升飞行器姿态角控制效果.首先,采用时标分离原理,将姿态角控制系统分为内外两个回路:外回路采用常规动态逆控制器,用于姿态角的跟踪控制;内回路采用非线性L_1自适应控制器,用于角速率的控制.其中,L_1自适应控制器由静态反馈控制器和自适应控制器组成:静态反馈控制器通过状态反馈实现,用于保证内回路的稳定和具有期望的闭环特性;自适应控制器由状态观测器、自适应律和控制律组成,用于抵消系统中的不确定性.其次,对所提控制方法的稳定性进行了分析,结果证明了该控制方法能够保证内回路的稳定和外回路的误差有界.最后,在综合考虑多种不确定性的情况下,将本文提出的非线性L_1自适应动态逆控制方法用于某无人飞行器姿态角控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性和鲁棒性.

一类非线性系统具有L_2-增益的鲁棒自适应控制

针对一类含有未知参数和干扰的不确定非线性系统,提出了一种具有L2-增益的鲁棒自适应控制方法。该方法结合L2-增益鲁棒控制和非线性阻尼技术,基于Lyapunov函数反演设计方法设计了状态反馈自适应控制器,实现了不确定非线性系统的鲁棒输出调节。该控制器不仅把常规自适应控制设计的参数重复估计问题简化为对未知干扰的抑制,而且使得系统从干扰输入到可控输出的L2-增益小于等于给定的值γ。仿真结果表明了所设计控制器的正确性和有效性。

不确定串联非线性系统具有L_2增益的鲁棒自适应控制

研究了一类含有未知参数和干扰的串联非线性系统 H∞ 鲁棒自适应控制问题。结合 H∞ 控制和自适应控制 ,基于李亚普诺夫函数递推设计方法设计了 H∞ 状态反馈自适应控制器 ,并且得出了控制器的精确解 ,避免了求解 HJI不等式设计控制器的困难。该控制器不仅保证闭环系统 ISS稳定 ,而且使得系统对于所有允许的参数不确定从干扰输入到可控输出的 L2 增益不大于给定的值。仿真结果表明了所设计的控制器的可行性和有效性。

基于L1自适应控制的无人机横侧向控制

在设计无人机飞控系统时,以往采用PID增益调参,由于每架飞机参数的不确定,传统方法费时费力。为了克服传统方法对系统参数和模型结构的依赖,提出了一种对小型无人机进行横侧向滚转角控制设计的新的L1自适应控制方法。该方法将飞机在包线内的参数变化和耦合视为模型的时变参数和干扰;构建的L1横侧向控制律能够对控制信号中的高频振荡进行有效抑制。仿真验证的结果表明,所设计的控制器能够控制跟踪误差渐进收敛且跟踪效果良好。

一类不确定非线性系统的鲁棒自适应L_2-增益控制

基于 Backstepping递推设计方法对一类复杂不确定非线性系统提出了鲁棒自适应 L2 -增益控制方法。该方法结合了自适应控制和 L2 -增益控制≤ γ的优点 ,它不仅使系统具有鲁棒性还使其对干扰具有 L2 -增益控制。同时 ,把常规设计方案需要过多参数进行辨识问题简化为只需与未知干扰个数相同参数进行辨识 ,简化了控制器结构。本文由于所研究对象为一般非线性系统 ,因此其结果具有一般性。最后 。

具有输入约束的飞机姿态L_1自适应控制

针对具有模型不确定性、控制舵面故障以及非线性干扰的飞机俯仰姿态控制问题,基于L1自适应方法设计增广控制器。设计合适带宽的低通滤波器,以满足控制器快速自适应要求,保证系统输入输出信号的一致性能有界。考虑伺服控制实际存在的幅值约束,推导出所设计的自适应控制系统的稳定性条件及其性能界,即忽略幅值约束时,选择足够大的自适应增益,闭环系统性能能够任意接近参考系统;考虑幅值约束时,闭环系统的性能可以通过增大自适应增益得以改善,但是不能任意接近参考系统。仿真验证了所设计的飞机姿态控制系统的有效性,结果表明控制器对有界不确定性和干扰具有鲁棒性,同时满足输入约束要求。

不确定非线性系统的状态参考自适应与L_2-增益混合控制

针对一类不确定非线性系统 ,首次提出了一种状态参考自适应与 L2 -增益混合控制器。该控制器大大拓宽了递推 (backstepping)自适应控制方法的适用范围 ,且对非匹配的未知参数和有界干扰具有强鲁棒性。理论分析和仿真结果说明了该控制器的可行性和有效性。

互质因子摄动系统最优l_1鲁棒控制:连续性与自适应控制(英文)

针对具有互质因子摄动和未知干扰的离散时间系统研究了一种自适应鲁棒控制策略 .本文的主要工作包括三个方面 .首先建立了互质因子摄动系统最优l1鲁棒控制设计的连续性 .然后 ,提出了一种带变死区的参数鲁棒估计投影算法 .最后 ,结合所提出的参数估计算法和最优l1鲁棒控制 ,利用确定性等价原理提出了互质因子摄动系统的一种新的自适应鲁棒控制方法 .基于本文建立的l1优化设计的连续性 ,证明了自适应鲁棒控制的全局稳定性 。

含热诱发扰动的挠性卫星L_1自适应控制

为了揭示挠性帆板的热诱发运动机理及其对卫星本体姿态机动的影响,采用拉格朗日能量法建立了主刚体带挠性梁模型受到突加热流时系统的动力学模型,分析了帆板热诱发运动的特性。假设系统的模型参数未知,设计了L1自适应控制器,仅卫星的姿态角和姿态角速度作为反馈量,将帆板热致振动和变形作为未建模动力学特性,实现卫星考虑帆板热扰动力矩的快速姿态机动控制。数值仿真结果表明,环境温度突然变化引起的帆板运动包括准静态变形和振动两部分,同时引起的姿态误差也包括常值偏差和姿态振动,所设计的控制器在系统考虑热引起的扰动时仍可以有效地实现卫星的快速姿态机动,且系统各阶挠性模态稳定,参数估计收敛。

不确定串联非线性系统H_∞鲁棒自适应控制(英文)

针对一类含有未知参数和干扰的非最小相位串联非线性系统,结合H∞控制和自适应控制方法并利用李雅普诺夫函数递推设计方法设计了状态反馈H∞自适应控制器,避免了求解Hamilton＿Jacobi＿Isaacs不等式设计控制器的困难.该控制器不仅保证闭环系统ISS(input＿to＿state)稳定,而且使得系统对于所有允许的参数不确定从干扰输入到可控输出的L2增益不大于给定的值.最后,给出了一个仿真例子,仿真结果充分表明了所设计的控制器的可行性和有效性.

一类带有混合噪声的非线性随机时滞系统鲁棒L_1控制

针对一类带有混合噪声的非线性连续不确定随机时滞系统,研究了鲁棒L_1控制器的设计问题。通过构造时滞依赖的Lyapunov函数,利用积分不等式方法,建立系统在均方意义下渐近有界的充分条件,并在此基础上设计控制器,使闭环系统均方渐近有界且输出峰值小于给定的L_1性能指标γ。基于LMI技术,将鲁棒L_1控制问题转化为凸优化问题,并通过一组线性矩阵不等式予以解决。最后,通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。

基于L1自适应控制的飞机操纵面故障重构

针对飞机操纵面故障及传统的模型参考自适应方法动态性能欠佳的问题,提出了一种基于L1自适应控制理论的飞翼无人机横侧向滚转角重构控制方法;该方法将操纵面故障引起的模型参数的变化视为模型不确定性,将三轴间的交联耦合处理为外部干扰;通过选择合适的自适应律和低通滤波器,使L1自适应重构控制器同时满足快速自适应性和鲁棒性;针对操纵面发生漂浮、完全损失及卡死等故障进行了仿真。仿真结果表明:控制器可使跟踪误差快速收敛且动态性能良好,所提出的重构方法可用于操纵面故障的重构控制。

基于L1自适应控制的四旋翼无人机姿态控制

针对四旋翼无人机模型中存在非线性因素和不确定干扰的姿态控制问题,采用基于投影算子的L1自适应控制方法进行四旋翼无人机姿态控制律设计;首先根据四旋翼无人机运动原理建立多入多出的非线性姿态运动模型,然后针对模型中存在的陀螺力矩干扰、质量分布不均引起的力矩干扰、环境干扰和自身非线性影响,设计L1自适应控制器,分析了系统的鲁棒性能;仿真结果表明了控制系统在满足良好动态性能的同时能够保证良好的鲁棒性。

基于L_1自适应控制理论的矿井提升机调速控制器设计

分析建立了整个提升机系统的动力学模型,并针对系统动态中的时变非线性、强耦合、大惯性和负荷未知等特点,设计了新的L1自适应控制器,在线学习提升机运行特性和状态,实现控制参数实时调整,获得良好的全局控制效果。数学证明表明,在自适应率足够大的情况下,L1控制器可以获得任意的稳态和瞬态跟踪精度。进而在MATLAB环境下对L1控制器进行仿真验证,并在实际的提升机物理平台上进行实验。结果表明,在载荷未知的条件下,提升机控制系统能够很好地跟踪给定的速度曲线,具有较高的控制精度和鲁棒性。

非线性连续时间系统L_1控制的非线性反馈(英文)

用集值分析方法研究了仿射非线性连续时间系统具λ 指数收敛率和 ρ 性能的L1 控制问题。首先 ,引入连续时间系统的受控λ 收缩集概念 ,并建立了与其Euler逼近的离散系统的受控收缩集之间的关系。然后 ,结合此概念 ,得到了这个问题有静态连续非线性解的充分条件。这推广了在稳定性意义下文献中的结果。

有界增益遗忘L1自适应控制算法的研究

针对单输入单输出非线性系统存在参数不确定性和干扰,结合L1自适应方法和极点配置控制方法,提出一种有界遗忘增益L1自适应控制方法,其中极点配置控制器主要用来保证线性部分闭环稳定,L1自适应控制器则用于抵消系统的非线性特性、参数不确定性和干扰。在L1自适应律中采用改进的有界增益遗忘(IBGF)方法计算自适应增益,将定常自适应增益换成时变的增益,由低到高的平缓时变增益可以有效地抑制由非零初始状态造成的扰动,该算法的稳定性得到了证明。仿真验证表明该方法具有很好的控制效果,验证了它的有效性和实用性。

基于参数空间寻优的超低空空投L_1自适应控制器参数优化

针对基于L_1自适应控制的超低空空投纵向控制器,利用基于参数空间寻优(parameter space investigation,PSI)的多准则优化方法,以空投任务性能等级为指标,对L_1自适应控制器中状态估计器短周期阻尼比、自然频率以及低通滤波器带宽这3个参数进行优化,通过两次迭代,最终求得合适的Pareto最优解以完成参数优化的过程.仿真验证了参数寻优过程的有效性和适用性,证明了经参数优化后,超低空空投任务性能等级由"适度"改善至"期望", L_1控制器的动态性能和鲁棒性能提升显著,可有效保证运输机的安全性和空投任务的顺利完成.

2DOF直升机L1自适应控制系统设计与仿真分析

在实际工程中,飞行器控制系统受不确定非线性因素影响很大,线性系统难以满足使用需求,各种非线性的控制技术也逐步被引进到了飞行控制系统中。构建二自由度直升机(2DOF)俯仰轴与偏航轴控制系统,针对模型参考自适应控制器(MRAC)在复杂飞行条件下高自适应增益环境时易出现高频振荡的不足,引入L1自适应控制器。测试两类控制器在面对复杂高强度干扰时的性能。仿真结果表明,L1控制器可以解决了高自适应增益时MRAC高频振荡现象。