鲁棒变结构模型参考自适应控制器的分析与设计(Ⅱ)

对含未建模动态且建模部分相对阶大于 1(n >1) 的SISO定常线性系统提出了一种控制增益可切换的变结构模型参考自适应控制方案 .主要结果是 :得到了系统跟踪误差与辅助误差间关系的明确表达式 ,进而证明 ,对各辅助子系统 (均为相对阶为 1的子系统 ) ,只要按相对阶为 1时所提出的变结构律进行设计 ,使它们满足预先给定的性能指标 ,就可保证系统跟踪误差在预先给定的过渡过程时间内收敛到一个残集内 ;研究结果还表明 ,当n >1时 。

鲁棒变结构模型参考自适应控制器的分析与设计(Ⅰ)

对含有未建模动态SISO定常线性系统提出了一种控制增益可切换的变结构模型参考自适应控制方案 .其主要结果是 :解决了当对象建模部分相对阶为 1、高频增益符号未知时 ,确保跟踪误差满足预先给定的过渡过程性能指标 (超调量、过渡过程时间和稳态误差 )的问题 .

不依赖模型参数的高速列车鲁棒自适应速度跟踪控制

为了实现高速列车对目标速度轨迹的精确跟踪,提出了一种不依赖于模型参数和附加阻力信息的列车鲁棒自适应速度跟踪控制算法。首先,将列车模型参数分解为标称值和参数不确定性两部分,并将由参数不确定性和附加阻力引起的不确定性看作系统的集总不确定性;其次,引入带σ修正的参数自适应更新律对模型参数标称值及系统集总不确定性的上界进行在线估计,并在控制律中引入鲁棒项以补偿系统的集总不确定性;最后,基于Lyapunov稳定性理论和数值仿真验证了算法的可行性和有效性。研究结果表明,在模型参数和附加阻力信息未知的情况下,该控制算法实现了列车运行过程对目标轨迹的精确跟踪,且对模型参数和附加阻力的时变不确定性具有很强的鲁棒性。

基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制

航空发动机特性随飞行条件和工作状态变化,在复杂工作环境中同时存在模型不确定性和控制器自身参数变化问题,很大程度上影响整个飞行包线的控制性能。为此,文章提出一种基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制方法。其首先建立了航空发动机参数摄动结构化模型;然后针对被控对象模型的不确定性和控制器增益的摄动,利用李雅普诺夫稳定性(Lyapunov stability)理论和线性矩阵不等式约束,设计了增益摄动有界但上界未知时的鲁棒弹性自适应控制律,将控制器的设计问题转化为线性矩阵不等式的可行解问题,使控制器的设计仅依赖线性矩阵不等式解矩阵的存在性,并证明了算法的稳定性。在此基础上,文章对飞行包线内发动机不同工作状态进行控制仿真验证。结果显示,调节时间小于1.8 s,超调量小于5%,这表明所设计控制器具有良好的稳定性和控制性能。

基于鲁棒模型参考控制器的智能结构振动主动控制研究

针对压电智能结构建模的不确定性和干扰,设计一种新的鲁棒模型参考控制律来抑制其振动,该控制器包括状态反馈控制器和用来补偿不确定影响的鲁棒补偿器。通过Lyapunov方法确定补偿项并证明该闭环系统的稳定性。分别在单模态和多模态下,分析三种不同补偿函数对系统的影响,指出运用tanh或erf函数可有效避免sgn函数补偿出现的抖振现象。仿真和实验结果表明该方法具有很好的控制效果和鲁棒性。

基于多模型切换的鲁棒自适应控制器

系统参数发生跳变时，为了解决多变量系统暂态响应变差的问题，提出一种基于多模型切换的鲁棒自适应控制器。该控制器由多个鲁棒自适应控制器组成，鲁棒自适应控制器保证系统存在未建模动态时能够使自适应系统稳定运行，引入的多模型策略保证系统参数跳变时具有良好的暂态性能。仿真结果表明，所提出的多模型鲁棒自适应控制器能够加快系统的响应速度，提高系统的暂态性能。

考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制

[目的]针对舵机故障、控制增益未知和海洋环境干扰情况下的欠驱动船舶航向保持问题,设计一种考虑舵机故障的船舶鲁棒自适应航向保持控制算法。[方法]通过结合鲁棒神经阻尼技术和自适应方法,对繁重的神经网络权值进行横向压缩,仅需设计2个自适应学习参数对未知增益和舵机故障参数在线补偿,以确保船舶在舵机故障的情况下能够有效执行航向保持任务。通过李雅普诺夫理论,证明所提出的控制器半全局最终一致稳定有界(semi-global uniform and ultimately bounded,SGUUB)。最后以“育鲲”轮为仿真对象,建立非线性Nomoto数学模型,在海洋干扰下进行对比仿真试验验证。[结果]结果表明,在此策略下,“育鲲”轮在舵机故障情况下平均舵角输出比仿真试验中所对比的传统方法降低了51%,可改善航向保持控制效果。[结论]研究结果可为欠驱动船舶的航向保持控制问题提供借鉴。

时滞大系统的模型参考鲁棒自适应分散控制

基于Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函方法,结合线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)技术以及自适应控制方法,研究了一类不确定时变时滞大系统的模型参考跟踪控制问题,提出了一种鲁棒自适应分散控制器设计方法。时滞无关的控制器设计无需模型参考跟踪控制中苛刻的模型匹配条件且局部状态反馈增益以LMI形式给出,便于计算机求解和参数优化。为避免控制过程中的自适应参数持续增长问题,提出了死区自适应算法。最后以仿真实例表明了所提方法的正确性与有效性。

柔性机械臂系统双时标模型的H∞鲁棒控制

为了减小柔性机械臂转动时的振动和调节时间,实现柔性机械臂的精确控制,设计了自适应滑模-H∞鲁棒组合控制器。使用奇异摄动法建立了柔性机械臂系统的双时标模型。对于慢时变子系统,设计了幂次随系统状态自适应调整的趋近律,得到了基于自适应滑模变结构的慢时变子系统控制方法;对于快时变子系统,考虑到模型不确定问题,设计了γ次优H∞鲁棒控制器;将自适应滑模控制器与H∞鲁棒控制器进行组合,得到针对双时标模型的组合控制器。经仿真验证,对于刚性机械臂的阶跃输入,自适应滑模控制器的调节时间和超调量小于传统幂次趋近滑模控制器;对于模型不确定的柔性机械臂系统,组合控制器的振动幅度小、调节时间短、鲁棒性强,验证了H∞鲁棒控制器在柔性机械臂控制中的优越性。

具有状态约束的电液伺服系统模型参考鲁棒自适应控制

针对电液伺服系统中的模型不确定性和状态约束问题,设计了一种模型参考鲁棒自适应控制(MRRAC)方法。将电液伺服系统的近似模型作为模型预测控制(MPC)的设计对象,在设计过程中考虑状态约束,并生成受约束的状态期望,作为后续伺服控制方法的参考指令。为了克服液压系统中的模型不确定性,基于反步法设计了鲁棒自适应控制器(RAC),实现了兼顾模型不确定性和状态约束的伺服控制。基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制策略的闭环渐近稳定性,且系统所有信号均有界。仿真结果表明,控制器对于系统模型不确定性具有较强的鲁棒性,且可实现对指定状态的有效约束,充分验证了该控制策略的有效性。

电弧炉电极调节系统的鲁棒模型参考自适应控制

研究了电弧炉电极调节系统的鲁棒模型参考自适应控制问题。把三相耦合造成的对系统的影响转化为系统的不确定扰动问题。理论分析和仿真结果表明这种控制方法对于电弧炉电极调节系统这类非线性不确定系统是适用的。

含未建模动态多模型鲁棒自适应控制器设计

针对含未建模动态和参数跳变的离散时间系统,传统的鲁棒自适应控制算法不能保证良好的暂态性能。为此,提出了多模型鲁棒自适应控制方法。该控制方法基于算法修正的鲁棒化再设计,采用正则化与参数投影相结合,处理未建模动态,可以消除系统的稳态误差。针对参数发生跳变的情况,该方法在系统低阶模型的基础上采用多个模型子集覆盖参数的变化范围,通过多模型集的建立减少参数变化的不确定性,不但可以减少参数跳变系统的暂态时间,而且能够改善暂态性能。最后,通过稳定性分析和仿真实验证明,所提方法能加快系统的响应速度,提高系统的暂态性能,消除稳态误差。

基于模型参考的鲁棒自适应控制

针对一类具有未知参数、未建模动态和外界干扰的不确定非线性系统,选择适当的参数对这些不确定性进行估值、补偿和模型参考,利用Backstepping方法,设计了一种新的鲁棒自适应控制器。该控制器能保证闭环系统的所有信号是全局有界的,跟踪误差收敛到一个小的残差集内。仿真结果表明该方法的有效性。

非线性汽门控制器的自适应鲁棒逆推设计

针对带有内部及外部扰动的汽轮机调速系统,使用自适应逆推方法构造出调速系统的存贮函数,进而同时获得非线性L2增益干扰抑制控制器及参数替换律。该控制器在内部扰动中重点考虑了输电线路参数的不确定性,因此不仅能够抑制干扰对系统输出的影响,而且对系统参数变化也具有很强的鲁棒性。同时,基于该方法的设计过程系统、简明,易为工程人员所接受。仿真结果表明该自适应逆推方法设计的控制器拥有优越的性能。

黄金分割在自适应鲁棒控制器设计中的应用

本文基于全系数自适应控制理论,介绍黄金分割自适应鲁棒控制器的设计方法及其实际应用,并从理论上证明了:在采样周期满足一定条件下,对于参数未知、线性定常或慢变的二阶对象,黄金分割自适应控制器可以保证控制系统在起动过程中的稳定性和良好的过渡特性。从而为二阶系统在初始过渡过程阶段实现自适应控制提供了理论依据。本文最后给出了仿真研究结果。

基于模型参考的自适应PID控制器

提出了一种基于模型参考的自适应 PID控制器 ,通过引入一自适应误差信号 ,根据模型参考自适应控制原理的方法 ,推导了 PID参数整定的自适应率 .仿真结果表明 ,该控制器与典型的PID控制器相比 ,显著提高了系统的动态响应性能 ,系统输出能够很好地跟踪参考模型的输出 ,具有一定的抗干扰性 。

鲁棒多模型自适应控制系统的稳定性

研究含有不确定性的连续时间随机被控对象的鲁棒多模型自适应控制(Robust multiple model adaptive control,RMMAC)的闭环稳定性问题.通过采用基于模型输出误差指标的加权算法取代传统的基于卡尔曼滤波器和贝叶斯后验概率公式的加权算法,在权值收敛的前提下,基于虚拟等价系统(Virtual equivalent system,VES)理论给出了此类鲁棒多模型自适应控制系统的闭环稳定性证明,并将结果推广到可以用多个线性系统系统模型进行逼近的一类非线性慢时变被控对象.

具有降阶模型的多模型鲁棒自适应控制

针对传统鲁棒自适应控制器暂态性能差的缺点,提出了多模型鲁棒自适应控制方法.对于包含未建模动态的自适应控制系统,首先采用正则化技术把系统未建模动态转化为系统有界扰动,并利用系统低阶模型设计多模型鲁棒自适应控制器,最后证明了系统BIBO稳定以及跟踪误差有界.仿真实验说明所提出的方法能获得较好的控制效果.

非线性系统自适应鲁棒控制器设计

针对非线性系统模型参数具有不确定性的问题,利用二型模糊逻辑控制器特别适合于解决不确定性问题的优点和特点,提出二型模糊自适应滑模控制方法,设计了具有自适应和鲁棒性的非线性系统控制器。首先对非线性系统进行精确线性化,然后选取合适的滑模面,并设计了二型模糊逻辑系统,通过李亚普诺夫稳定性理论分析,得到自适应控制律。通过仿真实例验证,对比分析并验证了该控制方法能够克服不确定性参数的干扰,从而更好地控制非线性系统,使其具有一定的自适应性和鲁棒性。

鲁棒自适应控制器的一种实现方法

针对线性离散系统,建立了一种鲁棒直接自适应控制器,并通过对乘积摄动项△(q-1)的实时辨识,实现了在线修改模型结构的算法。从而实现了一种自适应与鲁棒控制器真正结合的控制器设计方法。给出了在无需持续激励(PE)的条件下控制器的鲁棒稳定性和△(q-1)辨识算法的稳定性的定理;讨论了摄动项△(q-1)的取法和对模型修正方法。仿真结果表明了该方法的可行性。