复杂执行器非线性的不确定机器人变参数滑模非脆弱控制

针对机器人面临参数不确定性、复杂执行器非线性及控制器脆弱性的问题,提出了一种基于多项式平方和(sum-of-squares,SOS)理论的变参数滑模非脆弱控制(parameter-varying sliding non-fragile control,PSNC)策略。首先,建立了具有复杂执行器非线性的机器人数学模型;其次,设计了一种新型伪奇异非脆弱保性能滑模面(non-fragile guaranteed cost sliding surface,NGCSS),基于等效控制法推导了最优保性能滑模面存在的充分条件;最后,设计了非脆弱滑模自适应控制律,并基于Lyapunov方法对闭环系统的稳定性进行了分析。仿真结果表明,该控制器能够使机器人在复杂执行器非线性、控制器摄动和外部干扰作用下,快速、精确地跟踪期望轨迹,体现出了良好的鲁棒性和非脆弱性。

一种控制输入约束下的不确定离散系统非脆弱保性能控制器设计

【目的】针对考虑扰动及摄动情况下的控制输入约束的不确定离散系统,提出了非脆弱保性能的控制方法。【方法】首先,以最小化目标函数为性能指标、控制输入饱和范围为约束条件,从而推导出约束状态下的非脆弱保性能控制律。其次,使用李雅普诺夫方程来构造非线性矩阵不等式。再次,结合Schur补定理和布谷鸟群智能优化算法对不等式进行求解,得到控制输入约束下的非脆弱保性能控制律的参数。最后,通过Quanser三自由度陀螺仪平台进行试验验证。【结果】试验结果表明,本研究所提出方法的稳态误差浮动不超过0.07、跟踪误差不超过0.15。【结论】该方法在面对扰动及摄动情况时具有更高的鲁棒性,对提升三自由度陀螺仪的稳定性及控制精度具有重要意义。

不确定时变时滞切换中立系统的非脆弱H∞滤波器设计

本文研究了一类带有时变状态时滞和时变中立时滞的参数不确定切换系统的控制问题,并对其问题设计了具有H∞性能指标的非脆弱滤波器。讨论的参数不确定性是范数有界的,滤波器是带有中立时滞的非脆弱H∞滤波器。目的是对于所容许的不确定性和时变时滞,设计一个非脆弱H∞滤波器,得到使闭环系统切换镇定并满足给定的H∞性能指标γ的充分条件。首先,利用Lyapunov稳定性理论,构造了合适的Lyapunov泛函,利用时滞导数的上界对不等式进行放缩,得到具有H∞性能指标的线性矩阵不等式。利用凸组合方法和线性矩阵不等式,构造了对应的切换规则。其次,利用线性矩阵不等式的方法设计了非脆弱H∞滤波器,得到的滤波器存在充分条件。最后,通过数值仿真证明了所提结果的有效性和可行性。本文提出的线性矩阵不等式具有决策变量少、参数多的特点,可以最大程度地降低结果的保守性。

不确定奇异分数阶互联系统非脆弱分散H_(∞)控制

研究了阶次在0到1上的不确定奇异分数阶互联系统的非脆弱分散H_(∞)控制问题.对现有的奇异分数阶线性系统容许且满足H_(∞)性能的判定条件进行推广,以严格线性矩阵不等式的形式给出新的判定准则;通过对互联系统特殊结构的分析,利用线性矩阵不等式方法和矩阵分解技术,分别在加法和乘法控制器增益扰动下,给出非脆弱分散H_(∞)控制器存在的充分条件和设计方法.在控制器的设计过程中,对互联矩阵没有加以限定,得到严格的线性矩阵不等式判据,在一定程度上降低了系统的保守性.利用LMI工具箱及Simulink数值仿真验证了结论的有效性.

非线性不确定机器人复合滑模非脆弱H_(∞)位/力控制

针对非线性不确定机器人面临参数不确定性、控制器增益摄动及外界干扰的问题,在其终端受环境约束的情况下,提出一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)理论的复合滑模非脆弱H_(∞)(composite sliding non-fragile H_(∞),CSNH)位/力控制策略。首先,建立了机器人降阶动力模型和误差状态空间模型。其次,根据所提的复合位/力滑模面,基于Lyapunov稳定性理论设计一种具有H_(∞)扰动抑制的非线性变参数滑模非脆弱状态反馈控制器,给出控制器存在条件和求解方法。仿真结果表明,CSNH控制能够在不确定性和外部干扰作用下,使机器人快速、精确地跟踪位/力指令,体现出了良好的鲁棒性、抗干扰性及非脆弱性。

一类不确定时滞系统的非脆弱H∞控制

针对一类具有强结构不确定性的时滞系统,构造了适当的Lyapunov函数,得到了系统内部渐进稳定的判断准则。同时,借助线性矩阵不等式的可行解设计了系统的非脆弱反馈控制器。最后,通过数值示例验证了理论结果的有效性。

Delta算子时滞切换系统的非脆弱H∞控制

本文主要研究Delta算子时滞切换系统的非脆弱H∞控制问题,基于Lyapunov函数,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,首先先得到H∞控制器存在的条件,使得Delta算子时滞切换系统在任意的切换律下都是渐进稳定的,随后给出设计H∞控制器的设计方法。最后,通过数值算例验证了所给方法的可行性和有效性。

事件触发下的网络化系统非脆弱耗散控制方案

针对带宽资源有限、存在系统外部干扰以及参数不确定性的问题,提出了一种基于事件触发的网络化系统非脆弱耗散控制方案。首先,在网络化控制系统(NCS)模型的基础上,提出了一种非周期采样的事件触发方案,并建立一个时滞闭环系统模型;然后,利用锯齿波的结构特点构造新型双边李雅普诺夫泛函;最后,结合杰森不等式、自由权矩阵、凸组合等方法,导出保证系统稳定性的充分条件,并计算出反馈控制器的增益。数值仿真结果证明,所设计的双边泛函比用单边泛函具有更小的保守性,事件触发机制与普通采样机制相比能够节约带宽,且所设计出的控制器具有可行性。

加热炉多性能非脆弱鲁棒控制优化设计

对加热炉非脆弱鲁棒控制问题进行研究。提出非脆弱鲁棒性能设计实质上是保证非脆弱鲁棒稳定且满足一定带宽的前提下,对其他性能的优化过程;指出该问题可以统一在μ综合框架之下进行处理;给出非脆弱鲁棒性能设计中将性能权函数的选取直接与系统带宽和高频干扰抑制相联系的方法;讨论基于带宽的非脆弱鲁棒性能设计权函数的选择,求解μ综合非脆弱鲁棒PI控制器。仿真结果表明,该设计方法是有效的。

非脆弱递归滑模动态面自适应神经网络控制

针对一类非匹配不确定非线性系统的跟踪控制问题,提出了一种递归滑模动态面自适应控制算法.采用神经网络(neural network,NN)在线逼近系统不确定项,通过设计递归滑模动态面有效综合反推步骤中每步跟踪误差之间相互影响和制约的关系.该方法避免了反推法存在的"微分爆炸"问题,克服了传统动态面方法对其低通滤波器时间常数和神经网络自适应参数摄动脆弱的缺点.稳定性分析证明了该方法能够保证闭环系统所有状态半全局一致最终有界,且跟踪误差可以收敛至原点的任意小邻域.

具有时滞的主动悬架非脆弱H_∞/L_2-L_∞静态输出反馈控制

提出了一种综合考虑系统输入时滞和控制器摄动的非脆弱H∞/L2-L∞静态输出反馈控制器的设计方法,并用于车辆主动悬架设计。针对悬架设计要求,分别用H∞和L2-L∞范数反映乘坐舒适性及时域硬约束要求。通过采用一个时滞相关Lyapunov函数分别获得了时滞相关非脆弱静态输出反馈H∞控制器和L2-L∞控制器的双线性矩阵不等式(BMI)存在条件。通过将粒子群优化(PSO)和差分进化(DE)的混合算法与线性矩阵不等式(LMI)方法相结合,求解具有BMI约束的优化问题。仿真结果表明,在存在输入时滞和控制器摄动的情况下,主动悬架仍然能够保证自身的性能。

一类线性不确定切换系统的非脆弱控制器设计方法

针对一类线性不确定切换系统,在控制器增益存在加性摄动的情况下,给出了非脆弱状态反馈控制器的两种设计方案:方案1是利用多Lyapunov函数方法,通过子系统之间的切换,使系统对所有可允许的不确定性保持渐近稳定;方案2是基于平均驻留时间方法,给出了非脆弱状态反馈控制器存在的一个充分条件.相应的结果都是以线性矩阵不等式的形式给出.最后以一个数值例子说明了上述两种方法的有效性.

一类不确定时延网络控制系统的非脆弱H_∞保成本控制

针对控制器具有加法摄动和乘法摄动的一类不确定时延网络控制系统,研究非脆弱H∞保成本控制问题。考虑不大于一个采样周期的不确定时延和有限能量的外部扰动,基于Lyapunov理论和线性矩阵不等式方法,对于所有容许的不确定性使得闭环系统渐近稳定,得到了该系统非脆弱H∞保成本控制律存在的充分条件。利用这几个低保守性的充分条件容易检验一类不确定时延网络控制系统的渐近稳定性,并且满足H∞成本指标上界。最后用仿真例子表明所给出的结果是有效的。

不确定离散广义系统的时滞相关非脆弱无源控制

针对不确定离散时滞广义系统,研究其时滞相关鲁棒严格无源、渐近稳定性以及相关的非脆弱控制问题.首先利用线性矩阵不等式(LMI)和自由权矩阵的概念,分析了离散广义系统时滞相关严格无源以及渐近稳定性的条件;然后讨论不确定离散广义系统的时滞相关鲁棒严格无源和渐近稳定性,并讨论具有加性非脆弱反馈控制设计使得闭环系统满足相应性能,同时给出控制器的构造方法;最后通过数值算例说明该方法的有效性.

近空间飞行器多模型软切换保性能非脆弱控制

针对可变机翼后掠角近空间飞行器存在严重非线性、强耦合等特性,在考虑控制器存在摄动的情况下,设计了可以平滑切换的多模型软切换保性能非脆弱控制方案.首先利用可测前提变量将系统的工作空间划分为多个子空间,然后在每一个子空间中根据给定的性能指标设计局部模糊鲁棒保性能非脆弱控制器.由于采用了广义系统的设计方法,有效地减少了求解的计算量和复杂度.系统的全局控制器由各局部控制器进行模糊加权得到,从而实现了软切换.对变机翼后掠角近空间飞行器的仿真实验表明了所提方法是有效的.

Delta算子描述系统的非脆弱H_∞滤波器设计

研究了一类Delta算子描述的线性系统非脆弱H∞滤波问题.所设计的滤波器具有乘性的滤波器增益变化.采用线性矩阵不等式方法,给出H∞滤波器存在的充分条件,所设计的滤波器在一定的乘性参数变化情况下,仍能保证滤波误差系统渐近稳定,且具有一定扰动抑制性能.数值仿真例子说明了设计方法的有效性.

随机切换时滞系统的鲁棒非脆弱保成本控制

针对带有Markov切换的不确定随机分布式时滞系统,结合一个二次性能指标,研究其保成本控制问题。通过利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,针对具有摄动的控制器增益,得到非脆弱保成本控制律的一个时滞相关的充分条件。该控制器能保证闭环系统鲁棒随机稳定和一定的线性二次性能指标上界。数值算例说明了该文方法的有效性。

非线性轧机机电系统电机速度鲁棒非脆弱控制

针对轧机机电系统电机速度鲁棒跟踪非脆弱控制问题,建立了含非线性、不确定性、负载转矩轧机机电传动系统动力学模型。将系统的非线性按参数不确定性处理,通过H∞理论、Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear maxtrix inequality,LMI)方法得到了通过状态反馈使得系统满足二次稳定、抑制外界干扰的充分条件。为了实现给定速度信号跟踪非脆弱控制,设计了前馈补偿器。结果表明所设计控制器的非脆弱性表现为控制器参数的鲁棒性,即可以通过控制器参数的直接选取达到非脆弱控制效果,能够实现电机速度鲁棒跟踪非脆弱控制及对外界干扰的抑制。实例仿真验证了该方法的可行性和有效性。

基于H_∞控制理论的非脆弱控制的研究

阐述了非脆弱控制研究的背景 ,说明了非脆弱控制与鲁棒控制的本质区别 ,同时提出了基于 H∞

磁悬浮永磁直线电动机控制系统非脆弱鲁棒控制的研究

由于磁悬浮永磁直线电动机控制系统存在参数变化、扰动的不确定性以及控制器参数的摄动,因此对该电动机控制系统提出非脆弱鲁棒控制,以实现数控机床磁悬浮永磁直线电动机驱动系统的精密控制。建立包含磁悬浮永磁直线电动机参数摄动和外界干扰的状态空间模型;基于Riccati不等式,推导出满足非脆弱鲁棒性能指标的H∞控制器的解析表达式;在Matlab环境下对控制系统进行仿真研究,仿真结果表明磁悬浮永磁直线电动机控制系统对参数和扰动的不确定性以及对控制器参数摄动具有鲁棒性,实验结果验证了该控制方法的有效性。