多输入多输出微振动系统的混合鲁棒自适应控制

Q参数化方法在结构振动自适应控制领域的应用中体现出明显优势.本文针对多输入多输出(MIMO)结构振动主动控制系统,利用Q参数化方法的优势,基于无限冲激响应(IIR)滤波器,提出了一种结合前馈控制与反馈控制的MIMO混合鲁棒自适应控制方法.同时,给出前馈,反馈MIMO鲁棒自适应控制方法的详细推导过程,给出混合MIMO鲁棒自适应控制方法的推导和稳定性,收敛性分析.在此基础上,通过构建三自由度微振动主动振动控制实验系统,针对单频窄带和双频窄带扰动展开了对比实验分析,相关的实验结果验证了本文所提出MIMO混合鲁棒自适应控制方法的可行性和有效性.

四旋翼飞行器的RBF神经网络鲁棒自适应控制

针对具有模型不确定性和有界外部扰动的四旋翼飞行器,提出了一种基于径向基函数神经网络的鲁棒自适应全局控制方法(RRAC)。所提方法结合了神经网络控制对未知非线性的强拟合能力和鲁棒控制的全局稳定性,解决了神经网络控制仅能实现半全局一致最终有界的问题,实现了控制精度和鲁棒性的双重提升。所设计的控制器由在近似域内工作的神经网络控制器和在近似域外工作的鲁棒控制器组成。引入一种新型切换函数来实现两者之间的平滑切换,以保证闭环系统的所有信号是全局一致最终有界的。利用Lyapunov函数和Barbalat引理严格证明了非线性四旋翼飞行器系统的稳定性。仿真表明,所设计的控制器在模型不确定性和有界外部扰动下对参考轨迹依旧保持良好的跟踪性能,且跟踪误差趋近于零。

鲁棒参数自适应微振动控制算法

递推最小二乘(Recursive Least Squares,RLS)算法因其简单、快速的特点,在微振动自适应控制领域被广泛应用。由于微振动主动控制系统中扰动环境的特殊性及复杂性,需要重点考虑微振动控制中所采用的参数自适应算法在参数估计过程中的鲁棒性。针对多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)微振动主动控制系统,基于无限冲激响应(Infinite Impulse Response,IIR)滤波器,提出一种结合死区和归一化的MIMO鲁棒参数自适应算法,并给出其详细的算法推导与收敛性分析。在此基础上,通过构建三自由度微振动主动振动控制实验系统,针对单频窄带扰动、双频窄带扰动展开了对比实验分析,相关的实验结果验证了所提出鲁棒参数自适应算法的可行性和鲁棒性。

城区配电系统自适应鲁棒应急检修计划编排方法

提出城区配电系统自适应鲁棒应急检修计划编排方法,旨在提高检修计划的灵活性和适应性,应对各种不确定性和突发事件。首先,基于“防御-攻击-防御”思想建立配电网元件检修模型。灾前防御决策人员根据有限的检修预算,考虑攻击场景,选择配电系统中的线路与电源进行检修;灾中攻击者考虑防御者能采用的优化运行策略,根据有限的攻击预算选择线路与电源进行攻击;灾后运行人员利用优化运行策略,应对攻击者所采取的攻击方案,最小化攻击造成的影响。所构建的三层两阶段自适应鲁棒优化模型基于列约束生成算法进行求解,在同时考虑配电网的灾前强化策略和灾后运行策略的前提下解决了配电网元件强化的问题。最后基于IEEE RTS-96高压配电网测试系统验证了所提模型和算法的有效性,为城区配电系统的安全稳定运行提供了支持。

城轨列车全自动运行系统噪声子空间鲁棒预测控制方法

为建立与实际运行状态更吻合、预测精确度更高的城轨列车全自动运行(fully automatic operation, FAO)系统预测控制模型,根据城轨列车运行的历史数据,综合考虑城轨列车运行过程中的噪声干扰,采用子空间辨识方法得到含噪声的预测控制模型,控制过程不断加入实时采集的数据,迭代模型辨识的历史数据,在线更新模型参数,得到抗干扰能力较强的城轨列车FAO系统噪声子空间鲁棒预测控制器。分别采用幅值为0、2、5、10 km/h的随机干扰噪声,在软件MATLAB中进行仿真试验,对比分析城轨列车FAO系统噪声子空间鲁棒预测器与传统子空间预测控制器的预测精度。结果表明:在随机噪声干扰下,城轨列车FAO系统噪声子空间鲁棒预测控制器的预测精度较高,噪声幅值为10 km/h时预测精度比传统子空间预测控制器提高14.21%。城轨列车FAO系统噪声子空间鲁棒预测控制器可在强干扰运行状态下高精度跟踪给定运行曲线。

基于磁场非线性的中低速磁悬浮鲁棒自适应控制

为了保障磁悬浮列车的悬浮稳定性,研究了中低速磁悬浮列车在磁场非线性和轨道不平顺激扰下的悬浮控制问题。首先,基于有限元方法分析了动态和静态磁场特性,建立了考虑磁饱和及涡流效应的悬浮力模型,并以该悬浮力模型为基础建立了单个悬浮单元的数学模型;然后,提出了一种鲁棒自适应控制方法,在广义(比例-积分)PI控制框架下,设计了自适应律灵活调节控制参数,并采用李雅普诺夫方法证明了闭环系统内所有信号均是最终一致有界的;最后,在整车动力学模型上进行多种工况的仿真分析,验证了所提出控制方法的有效性。结果表明,在正弦和随机激扰下,鲁棒自适应控制的气隙跟踪误差都降低70%以上;在竖曲线工况下,相较于传统(比例-积分-微分)PID控制,同一个悬浮模块的前后悬浮点最大气隙跟踪误差的差值分别从1.5718 mm和1.2278 mm下降到0.1952 mm和0.3962 mm。

基于鲁棒自适应的减震阻尼器试验台加载位移跟踪控制

减震阻尼器是用于建筑、桥梁、风电、管道等领域减震的核心零部件,减震阻尼器试验台是测试减震阻尼器动/静态特性的试验装置。针对减震阻尼器试验台在位移加载时实际位移与期望位移跟踪误差较大的问题,建立试验台液压伺服位移控制系统数学模型,设计鲁棒自适应控制器,并基于李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性,提出一种基于鲁棒自适应的位移跟踪控制方法。搭建Simulink与AMESim联合仿真模型,对试验台电液伺服系统的控制方法进行仿真分析;搭建试验台并对比验证鲁棒自适应控制器与传统PID控制器的控制性能。结果表明:鲁棒自适应控制器具有较强的抗干扰能力,跟踪误差较PID控制器减少了55%,响应速度提高了66.7%,较大程度提高了试验台加载系统的位移跟踪控制精度。

Lipschitz非线性离散系统基于观测器的鲁棒镇定控制设计

本文研究Lipschitz非线性离散时间系统的基于观测器的鲁棒镇定控制问题.首先,针对Lipschitz非线性离散系统,应用微分中值定理和线性参变系统理论,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出基于观测器的鲁棒镇定控制设计的充分条件.随后,将设计结果进一步推广,针对含干扰的Lipschitz非线性离散系统进行H∞性能分析,实现了基于观测器的鲁棒H∞镇定控制,同时给出观测器增益矩阵和控制器增益矩阵的一步求解算法.最后,通过两个数值例子验证了所提方法的有效性.

不确定随机奇异时变时滞系统的鲁棒H_(∞)控制

研究了不确定奇异时变时滞系统的鲁棒H_(∞)控制问题.通过构造李雅普诺夫泛函,应用自由矩阵不等式和伊藤公式,设计了确保闭环系统对所有不确定性鲁棒均方可容许并且具有H_(∞)性能指标γ的控制器.最后的数值实例验证了该方法的有效性.

考虑不确定性的光伏并网发电系统的鲁棒优化控制

针对考虑不确定性的光伏并网发电系统,文章提出了一种鲁棒优化控制策略,建立了包含不确定性因素的光伏并网发电系统数学模型,设计了一种基于鲁棒优化理论的控制器,通过引入鲁棒优化目标函数和约束条件,实现了系统在不确定性扰动下的最优控制,并通过仿真实验验证了所提出控制策略的有效性和鲁棒性。与传统控制方法相比,该策略能够更好地适应不确定性扰动,提高系统的稳定性和经济性。

含整体煤气化燃料电池-碳捕集电厂的风火储系统分布鲁棒调度方法

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)是与碳捕集技术高度适配的清洁、高效、稳定的绿色煤电技术,有望克服传统碳捕集技术在低浓度CO_(2)环境下产生的高成本、高能耗问题。该文构建含IGFC碳捕集电厂的风火储发电系统。研究IGFC碳捕集电厂的运行机理,对IGFC内部各环节建立数学模型,提出工况匹配时燃烧利用率和阴极空气利用率需要满足的运行条件,并针对该型碳捕集电厂的电碳特性进行分析。为计及风电出力的不确定性,构建风火储系统的两阶段分布鲁棒经济调度模型,引入k阶适应性理论,提出基于正交支撑子集策略的求解方法来获得鲁棒对等式。最后,在改进IEEE-30节点系统中进行算例分析,结果表明,该型碳捕集电厂可利用阳极碳富集的优势,实现系统低碳经济调度的目标,并验证所提优化方法能为可行解提供可解释性。

基于T-S模糊系统的空天飞行器鲁棒自适应轨迹线性化控制

基于T-S模糊系统提出了鲁棒自适应轨迹线性化控制(RATLC)方法。利用T-S模糊系统逼近未知干扰和不确定性因素,并采用Lyapunov方法设计了鲁棒自适应控制律。不论系统状态的维数和用于逼近不确定的模糊系统规则数为多少,整个系统仅有两个参数在线调整。理论分析证明了闭环系统所有信号一致最终有界。应用提出的控制方案设计了空天飞行器(ASV)飞行控制系统,并在高超声速飞行条件下进行了仿真验证,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。

电力营销系统用户访问权限的鲁棒自适应同步控制方法

为了实现电力营销系统用户对公共服务权限和责任区权限的同步控制,提出电力营销系统用户访问权限的鲁棒自适应同步控制方法。以角色访问控制为基础,基于鲁棒k-means算法划分用户责任区,计算责任区内用户的可信度;依据计算结果判断对应权限内角色的权限等级,以此可访问权限对应范围内的信息和资源,同时可拥有相应的操作权限;在制定初始访问策略集后,通过自适应蚁群算法的求解访问策略以获取最佳策略。测试结果表明,提出的方法具备良好的鲁棒性,优化效果在85%以上,可有效降低加权复杂度,能够实时监测用户信用度的变化,计算用户的信任度,实现公共服务权限和责任区权限的同步控制。

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。

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。

基于ESO的水下机器人机械臂系统鲁棒模型预测控制

考虑到海洋环境的复杂性、不确定性及水下机器人机械臂系统(UVMS)的强非线性、强耦合性等特点,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的鲁棒模型预测控制(RMPC)方法。首先基于UVMS的动力学特性,建立其动力学模型,并忽略不确定项和干扰给出其名义模型系统。然后,基于名义系统设计了RMPC算法。将原系统的不确定项、干扰以及建模误差等影响因素集总为扩张状态,设计了ESO对其进行估计,并在名义模型的RMPC基础上进行了补偿,以得到应用于UVMS系统的RMPC方法。最后通过仿真实验证明,基于ESO的RMPC具有很好的轨迹跟踪性能和抗扰动能力。

鲁棒自适应飞行跟踪控制系统设计

针对具有外部扰动的一类非线性飞行控制系统提出了一种在线神经网络控制的方法,应用3个在线神经网络分别实时抵消系统中的非线性部分、与控制量耦合的非线性项以及外部扰动,使受控系统的输出可以完全跟踪给定输入参考信号。文中以一个实际的验证机非线性模型为仿真对象,验证了这种方法的有效性,由于在线神经网络的动态补偿特性,即使飞机在不同的高度和速度下,在模型参数发生改变时,控制过程并不需要改变增益表就可以完成全包络的飞行跟踪控制,相关的定理证明了整个神经自适应飞行闭环控制系统的稳定性,仿真示例表明了该设计方法的有效性。

基于切换系统的变体飞行器鲁棒自适应控制

针对变体飞行器变形过程的控制问题,将切换系统理论与多变量自适应控制理论相结合,提出了一种基于切换系统的鲁棒自适应控制器设计方法。首先,建立了变体飞行器纵向短周期线性切换模型,描述了飞行器的整个变形过程;然后,设计了一种改进的鲁棒自适应控制律,抑制了各类干扰和不确定性对系统的影响,实现了切换系统对参考模型的良好跟踪;最后,提出了一种基于模型依赖驻留时间(MDDT)的切换控制律,保证了变体飞行器在变形切换过程中的稳定性,利用Lyapunov函数方法证明了本文方法最终一致有界。仿真验证表明,在存在外部干扰和各类不确定性的情况下,本文方法能保证飞行器在变形过程中精确跟踪参考模型,且具有较好的抗干扰能力。

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。

含时滞的参数不确定主动悬架离散系统鲁棒控制

针对主动悬架存在传输时滞和参数不确定性的控制问题,设计了含时滞的参数不确定鲁棒控制器。首先,运用线性分式变换方法推导出含时滞的参数不确定主动悬架状态空间方程,采用零阶保持器取值处理和双线性变换,建立主动悬架离散控制系统模型。其次,以车身垂向加速度为车辆悬架系统的最优化输出目标,采用Lyapunov泛函方法,推导出系统渐进稳定的鲁棒控制器充分条件,得到满足最优H∞性能指标约束的反馈控制律,再通过求解线性矩阵不等式获得控制器参数。最后,进行数值算例仿真,结果表明,相较于只考虑时滞的控制器,含时滞的参数不确定鲁棒控制器具有更好的控制效果和鲁棒性,且受采样周期与不确定参数的耦合影响较小。