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A Survey on the Control Lyapunov Function and Control Barrier Function for Nonlinear-Affine Control Systems
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作者 Boqian Li Shiping Wen +2 位作者 Zheng Yan Guanghui Wen Tingwen Huang 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2023年第3期584-602,共19页
This survey provides a brief overview on the control Lyapunov function(CLF)and control barrier function(CBF)for general nonlinear-affine control systems.The problem of control is formulated as an optimization problem ... This survey provides a brief overview on the control Lyapunov function(CLF)and control barrier function(CBF)for general nonlinear-affine control systems.The problem of control is formulated as an optimization problem where the optimal control policy is derived by solving a constrained quadratic programming(QP)problem.The CLF and CBF respectively characterize the stability objective and the safety objective for the nonlinear control systems.These objectives imply important properties including controllability,convergence,and robustness of control problems.Under this framework,optimal control corresponds to the minimal solution to a constrained QP problem.When uncertainties are explicitly considered,the setting of the CLF and CBF is proposed to study the input-to-state stability and input-to-state safety and to analyze the effect of disturbances.The recent theoretic progress and novel applications of CLF and CBF are systematically reviewed and discussed in this paper.Finally,we provide research directions that are significant for the advance of knowledge in this area. 展开更多
关键词 Control barrier function(CBF) control lyapunov function(CLF) nonlinear-affine control systems
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基于对数型障碍Lyapunov函数的俯仰驾驶仪设计
2
作者 王伟 杨婧 +2 位作者 林时尧 王宏 王少龙 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2024年第2期106-113,共8页
相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动... 相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动驾驶仪控制律,可将攻角指令的跟踪误差快速收敛于约束范围内。通过降阶扩张状态观测器对系统中存在的气动参数不确定性和系统外部扰动进行在线估计和补偿。稳定性分析和数值仿真表明,攻角可在1 s内达到稳态且攻角响应的稳态误差<10-4°,所提出的自动驾驶仪控制律具有较强的鲁棒性,能够准确稳定地跟踪攻角指令,控制导弹产生所需过载进而精准拦截目标。 展开更多
关键词 障碍李雅普诺夫函数 双幂次趋近律 鲁棒非线性自动驾驶仪 扩张状态观测器
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基于BLF的三自由度并联稳定平台容错控制
3
作者 徐世荣 俞国燕 邢雪峰 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期98-104,共7页
针对具有不确定性和故障的三自由度并联稳定平台,提出一种基于障碍李雅普诺夫函数的反步容错控制方法。将模型不确定性、外部扰动和故障因素视为不确定性集合,通过固定时间扰动观测器对其进行实时估计,实现对控制器的补偿。通过引入障... 针对具有不确定性和故障的三自由度并联稳定平台,提出一种基于障碍李雅普诺夫函数的反步容错控制方法。将模型不确定性、外部扰动和故障因素视为不确定性集合,通过固定时间扰动观测器对其进行实时估计,实现对控制器的补偿。通过引入障碍李雅普诺夫函数对系统状态进行约束,再结合反步法设计一种带有状态约束的容错控制器。通过稳定性理论证明该系统所有的闭环信号能够达到一致最终有界,仿真试验结果表明,该控制器能使平台在故障情况下保持稳定位姿,且能对不确定性集合进行快速、精确的估计以提升系统的稳定性。 展开更多
关键词 并联稳定平台 障碍李雅普诺夫函数 容错控制 扰动观测器
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Observer-Based Adaptive Fuzzy Tracking Control Using Integral Barrier Lyapunov Functionals for A Nonlinear System With Full State Constraints 被引量:2
4
作者 Wei Zhao Yanjun Liu Lei Liu 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2021年第3期617-627,共11页
A new fuzzy adaptive control method is proposed for a class of strict feedback nonlinear systems with immeasurable states and full constraints.The fuzzy logic system is used to design the approximator,which deals with... A new fuzzy adaptive control method is proposed for a class of strict feedback nonlinear systems with immeasurable states and full constraints.The fuzzy logic system is used to design the approximator,which deals with uncertain and continuous functions in the process of backstepping design.The use of an integral barrier Lyapunov function not only ensures that all states are within the bounds of the constraint,but also mixes the states and errors to directly constrain the state,reducing the conservativeness of the constraint satisfaction condition.Considering that the states in most nonlinear systems are immeasurable,a fuzzy adaptive states observer is constructed to estimate the unknown states.Combined with adaptive backstepping technique,an adaptive fuzzy output feedback control method is proposed.The proposed control method ensures that all signals in the closed-loop system are bounded,and that the tracking error converges to a bounded tight set without violating the full state constraint.The simulation results prove the effectiveness of the proposed control scheme. 展开更多
关键词 Adaptive control backstepping design integral barrier lyapunov function(iblf) states observer
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基于时变障碍Lyapunov方法的非线性多智能体系统的一致性控制
5
作者 梁智李慧 彭钧敏 许金龙 《电工技术》 2024年第6期8-13,共6页
针对不确定非线性多智能体系统(MASs),采用基于时变的积分型障碍李雅普诺夫函数(IBLF)的方法,提出了一种实用的固定时间下的一致性控制框架。利用BLF的鲁棒性来解决未知非线性问题,而不是采用模糊逻辑系统/神经网络逼近,IBLF作为该方法... 针对不确定非线性多智能体系统(MASs),采用基于时变的积分型障碍李雅普诺夫函数(IBLF)的方法,提出了一种实用的固定时间下的一致性控制框架。利用BLF的鲁棒性来解决未知非线性问题,而不是采用模糊逻辑系统/神经网络逼近,IBLF作为该方法的一个突破,是对状态变量的直接约束,其中特殊函数约束(其约束边界与状态变量和时间都有关)是更为新颖的研究内容。在控制器设计过程中通过插入了一个分段可微的位移函数来预先指定状态变量收敛并达到全局一致的逼近时间,并且结合IBLF可以对状态变量的初值条件进行拓展,保证了对于任意初始输出状态,所有智能体的输出都能实现实际的固定时间一致跟踪,并且闭环系统中的所有信号都是有界的。 展开更多
关键词 多智能体系统 一致性 固定时间 积分型李雅普诺夫障碍函数
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Adaptive Barrier-Lyapunov-Functions Based Control Scheme of Nonlinear Pure-Feedback Systems with Full State Constraints and Asymptotic Tracking Performance
6
作者 NIU Ben WANG Xiaoan +2 位作者 WANG Xiaomei WANG Xinjun LI Tao 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2024年第3期965-984,共20页
In this paper,the authors propose an adaptive Barrier-Lyapunov-Functions(BLFs)based control scheme for nonlinear pure-feedback systems with full state constraints.Due to the coexist of the non-affine structure and ful... In this paper,the authors propose an adaptive Barrier-Lyapunov-Functions(BLFs)based control scheme for nonlinear pure-feedback systems with full state constraints.Due to the coexist of the non-affine structure and full state constraints,it is very difficult to construct a desired controller for the considered system.According to the mean value theorem,the authors transform the pure-feedback system into a system with strict-feedback structure,so that the well-known backstepping method can be applied.Then,in the backstepping design process,the BLFs are employed to avoid the violation of the state constraints,and neural networks(NNs)are directly used to online approximate the unknown packaged nonlinear terms.The presented controller ensures that all the signals in the closed-loop system are bounded and the tracking error asymptotically converges to zero.Meanwhile,it is shown that the constraint requirement on the system will not be violated during the operation.Finally,two simulation examples are provided to show the effectiveness of the proposed control scheme. 展开更多
关键词 Asymptotic tracking control barrier lyapunov functions full state constraints nonlinear pure-feedback systems
原文传递
Asymmetric time-varying integral barrier Lyapunov function based adaptive optimal control for nonlinear systems with dynamic state constraints
7
作者 Yan WEI Mingshuang HAO +1 位作者 Xinyi YU Linlin OU 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第6期887-902,共16页
This paper investigates the issue of adaptive optimal tracking control for nonlinear systems with dynamic state constraints.An asymmetric time-varying integral barrier Lyapunov function(ATIBLF)based integral reinforce... This paper investigates the issue of adaptive optimal tracking control for nonlinear systems with dynamic state constraints.An asymmetric time-varying integral barrier Lyapunov function(ATIBLF)based integral reinforcement learning(IRL)control algorithm with an actor–critic structure is first proposed.The ATIBLF items are appropriately arranged in every step of the optimized backstepping control design to ensure that the dynamic full-state constraints are never violated.Thus,optimal virtual/actual control in every backstepping subsystem is decomposed with ATIBLF items and also with an adaptive optimized item.Meanwhile,neural networks are used to approximate the gradient value functions.According to the Lyapunov stability theorem,the boundedness of all signals of the closed-loop system is proved,and the proposed control scheme ensures that the system states are within predefined compact sets.Finally,the effectiveness of the proposed control approach is validated by simulations. 展开更多
关键词 State constraints Asymmetric time-varying integral barrier lyapunov function(ATIblf) Adaptive optimal control Nonlinear systems
原文传递
不确定电液伺服系统的时变输出约束自适应滤波控制
8
作者 潘昌忠 何广 +2 位作者 李智靖 周兰 熊培银 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1819-1828,共10页
针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具... 针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具有较好的瞬态和稳态性能;设计径向基函数(RBF)神经网络及权重自适应学习律,在线逼近由模型不确定性和未知干扰组成的复合干扰,并将逼近值用于反馈控制;采用二阶指令滤波反步法设计状态反馈控制律和误差补偿机制,避免反步设计中“计算爆炸”的问题,同时消除滤波误差,提高系统位置跟踪精度;依据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统中所有误差信号的收敛性。仿真结果表明:系统的稳态误差在所提方法下约为3.48×10^(-8)m,相比于其他控制方法,跟踪误差始终约束在时变的约束边界内,跟踪精度和控制性能均得到提升。 展开更多
关键词 电液伺服系统 时变障碍lyapunov函数 径向基函数神经网络 指令滤波 误差补偿 反步法
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考虑状态受限和一致性的微电网二次控制
9
作者 吴忠强 程洪强 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期183-188,共6页
为解决交流微电网下垂控制产生的偏差问题,本文采用二次控制对分布式电源输出电压和频率进行调节.将微电网看成分布式多智能体系统,智能体间通过稀疏网络进行通信,运用多智能体一致性协议,本文提出一种基于障碍Lyapunov函数和自适应模... 为解决交流微电网下垂控制产生的偏差问题,本文采用二次控制对分布式电源输出电压和频率进行调节.将微电网看成分布式多智能体系统,智能体间通过稀疏网络进行通信,运用多智能体一致性协议,本文提出一种基于障碍Lyapunov函数和自适应模糊系统的二次电压和频率控制器.采用障碍Lyapunov函数设计控制器,不但能保持系统的稳定性,还可使输出的电压和频率限制在预设的范围内.采用自适应模糊系统可对系统中的一些参变量的变化进行估计,提高了控制器的鲁棒性.本文给出了严格的稳定性证明.通过对负载变化,以及拓扑结构改变等的仿真测试,验证了所提方案的有效性. 展开更多
关键词 微电网 多智能体系统 自适应模糊系统 障碍lyapunov函数 BACKSTEPPING
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基于状态约束的柔性关节机械臂指令滤波控制
10
作者 朱钰 于金鹏 +1 位作者 刘加朋 于海生 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期1012-1017,共6页
针对单连杆柔性关节机械臂系统,研究了全状态约束条件下机械臂末端位置的跟踪控制问题。利用障碍李雅普诺夫函数约束柔性关节机械臂的关节角位置和电机转角位置等状态变量的幅值,保证所有状态变量不会超出给定的限制区域。在此基础上,... 针对单连杆柔性关节机械臂系统,研究了全状态约束条件下机械臂末端位置的跟踪控制问题。利用障碍李雅普诺夫函数约束柔性关节机械臂的关节角位置和电机转角位置等状态变量的幅值,保证所有状态变量不会超出给定的限制区域。在此基础上,通过引入带有误差补偿的指令滤波控制技术克服了传统反步法存在的计算爆炸问题,设计了基于状态约束的指令滤波反步控制器。最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了柔性关节机械臂系统的稳定性,并通过仿真实验验证了所设计的控制器能够有效保证系统的状态约束性能和位置跟踪精度。 展开更多
关键词 状态约束 柔性关节机械臂 指令滤波控制 障碍李雅普诺夫函数
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考虑输出约束及外部干扰的柔性航天器振动控制
11
作者 刘姝阳 杨洪磊 +1 位作者 张振国 李元春 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1560-1567,共8页
针对具有输出约束及外部干扰的柔性航天器系统,提出一种直接关节力矩输入的振动控制方法。利用哈密顿原理,系统动力学特性由偏微分方程(PDE)和常微分方程(ODE)耦合组成的分布参数模型来描述。设计了非线性干扰观测器补偿外界干扰,并基... 针对具有输出约束及外部干扰的柔性航天器系统,提出一种直接关节力矩输入的振动控制方法。利用哈密顿原理,系统动力学特性由偏微分方程(PDE)和常微分方程(ODE)耦合组成的分布参数模型来描述。设计了非线性干扰观测器补偿外界干扰,并基于正切型障碍李雅普诺夫函数解决了航天器姿态角度误差和振动误差的多输出约束问题。利用扩展的拉塞尔不变集原理和半群理论证明了系统的渐近稳定性。不仅实现了姿态角的位置控制,还抑制了柔性航天器的弹性振动。通过对比仿真验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 输出约束 干扰观测器 直接关节力矩输入 分布参数模型 障碍李雅普诺夫函数
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基于输入饱和的欠驱动水面舰艇预定义时间跟踪控制
12
作者 黄秀颖 刘海涛 田雪虹 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期98-110,共13页
[目的]为解决欠驱动水面舰艇(USV)在模型不确定性、强耦合特性和控制器输入饱和情况下的轨迹跟踪问题,提出基于输入饱和的USV预定义时间跟踪控制方法。[方法]针对USV模型具有非零对角项和强耦合特性问题,引入坐标变换,将系统模型转变为... [目的]为解决欠驱动水面舰艇(USV)在模型不确定性、强耦合特性和控制器输入饱和情况下的轨迹跟踪问题,提出基于输入饱和的USV预定义时间跟踪控制方法。[方法]针对USV模型具有非零对角项和强耦合特性问题,引入坐标变换,将系统模型转变为斜对角形式;将预定义时间性能函数与障碍Lyapunov函数(BLF)结合,保证瞬态和稳态的跟踪性能;利用自组织神经网络(SSNN)降低未知外部环境扰动和复杂的连续未知非线性项以及输入饱和产生的影响,以保证控制系统的跟踪精度,并且在线调整优化SSNN的神经元数目,减少控制系统的计算负担。[结果]基于Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统在预定义时间内是有界稳定的,跟踪误差始终保持在约束范围内。[结论]仿真结果表明,所提控制策略是有效的,其具有良好的跟踪性能。 展开更多
关键词 欠驱动水面舰艇 预定义时间性能函数 障碍lyapunov函数 自组织神经网络 输入饱和 预定义时间控制
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列车控制系统的抗拒绝服务攻击弹性控制策略
13
作者 高兵 步兵 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期311-320,共10页
当遭受拒绝服务(DoS)攻击时,分布式列车控制系统的弹性控制问题受到广泛关注.本文提出了一种基于分布式领导车状态观测器和障碍李雅普诺夫函数的弹性控制策略,不仅可以避免列车碰撞,同时实现了编队控制的目标.首先,给出了一种分布式的... 当遭受拒绝服务(DoS)攻击时,分布式列车控制系统的弹性控制问题受到广泛关注.本文提出了一种基于分布式领导车状态观测器和障碍李雅普诺夫函数的弹性控制策略,不仅可以避免列车碰撞,同时实现了编队控制的目标.首先,给出了一种分布式的领导车状态观测器设计方法,用于实时估计领导车的状态.理论分析表明,在DoS攻击满足一定约束的条件下,该状态观测器的估计误差具有指数稳定特性.在此基础上,通过将列车碰撞避免问题转化为状态受限问题,提出一种基于障碍李雅普诺夫函数的状态受限控制律,解决了DoS攻击下确保碰撞避免的车队控制问题.最后,数值仿真证实了本文方法的有效性. 展开更多
关键词 拒绝服务 弹性控制 状态估计 障碍李雅普诺夫函数 列车运行控制 碰撞避免
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基于BLF全状态约束的直接横摆力矩控制
14
作者 何友国 程勇 袁朝春 《电子设计工程》 2022年第15期45-48,54,共5页
为了提高车辆在行驶过程中的横向稳定性,采用了障碍李雅普诺夫函数(Barrier Lyapunov Function,BLF)对车辆横向稳定性控制进行研究,以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量,以质心侧偏角和横摆角速度的稳定边界为约束条件,设计全状态约束... 为了提高车辆在行驶过程中的横向稳定性,采用了障碍李雅普诺夫函数(Barrier Lyapunov Function,BLF)对车辆横向稳定性控制进行研究,以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量,以质心侧偏角和横摆角速度的稳定边界为约束条件,设计全状态约束控制器。通过Matlab/Simulink对所设计的全状态约束控制器进行了验证。仿真结果表明,在设定工况下,质心侧偏角能够始终跟随理想质心侧偏角,并约束在0.035 rad内,横摆角速度始终约束在0.2 rad/s内,即确保全状态始终约束在边界值内。 展开更多
关键词 直接横摆力矩控制 障碍李雅普诺夫函数(blf) 全状态约束 横向稳定性
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Command filtered integrated estimation guidance and control for strapdown missiles with circular field of view
15
作者 Wei Wang Jiaqi Liu +2 位作者 Shiyao Lin Baokui Geng Zhongjiao Shi 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期211-221,共11页
In this paper,an integrated estimation guidance and control(IEGC)system is designed based on the command filtered backstepping approach for circular field-of-view(FOV)strapdown missiles.The threedimensional integrated... In this paper,an integrated estimation guidance and control(IEGC)system is designed based on the command filtered backstepping approach for circular field-of-view(FOV)strapdown missiles.The threedimensional integrated estimation guidance and control nonlinear model with limited actuator deflection angle is established considering the seeker's FOV constraint.The boundary time-varying integral barrier Lyapunov function(IBLF)is employed in backstepping design to constrain the body line-of-sight(BLOS)in IEGC system to fit a circular FOV.Then,the nonlinear adaptive controller is designed to estimate the changing aerodynamic parameters.The generalized extended state observer(GESO)is designed to estimate the acceleration of the maneuvering targets and the unmatched time-varying disturbances for improving tracking accuracy.Furthermore,the command filters are used to solve the"differential expansion"problem during the backstepping design.The Lyapunov theory is used to prove the stability of the overall closed-loop IEGC system.Finally,the simulation results validate the integrated system's effectiveness,achieving high accuracy strikes against maneuvering targets. 展开更多
关键词 Integrated estimation guidance and control Circular field-of-view Time-varying integral barrier lyapunov function Command filtered backstepping control Nonlinear adaptive control Extended state observer
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基于扩张滑模观测器的电液伺服系统鲁棒控制
16
作者 臧万顺 沈刚 +1 位作者 赵军 臧克江 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期611-621,共11页
为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并... 为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并结合等值注入原理及饱和函数进行合理优化.利用系统不确定性的估计值,在反步控制设计中引入障碍Lyapunov函数,将系统的跟踪误差约束在一定范围内,结合参数自适应律,提高系统控制性能.为了验证所提控制方法的性能,在MATLAB/Simulink软件平台构建仿真模型,进一步地,搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统,进行仿真和实验验证.结果表明所提方法的性能优于基于障碍Lyapunov函数的反步控制器及传统的反步控制器. 展开更多
关键词 电液伺服系统 系统不确定性 扩张滑模观测器 参数自适应 障碍lyapunov函数 反步控制
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基于非奇异快速积分终端滑模的机械臂鲁棒控制
17
作者 杨杰杰 秦志杰 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期73-79,共7页
为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准... 为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准确地估计出干扰值;然后,利用机械臂转角误差设计了非奇异快速积分终端滑模面,在指数障碍李雅普诺夫函数的基础上,设计出了有限时间鲁棒控制律;最后,通过稳定性分析验证了设计的有限时间鲁棒控制律能够在有效时间内收敛。三自由度机械臂的仿真结果表明:提出的有限时间鲁棒控制律能够有效克服不确定性因素对机械臂控制精度的影响,观测器的最大估计误差为0.1(°)/s 2,机械臂各关节转角的最大跟踪误差为0.1°,验证了设计方法的有效性。在三维空间固定坐标定位实验中,机械臂在提出的有限时间鲁棒控制律作用下的最大定位误差为0.22 cm,最长运行时间为2.2 s,验证了在实际工程应用中能够实现更高的控制精度和运行效率。 展开更多
关键词 机械臂 观测器 指数障碍李雅普诺夫函数 非奇异快速积分终端滑模 有限时间鲁棒控制律
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基于障碍Lyapunov的自动作业船有限时间航向保持控制 被引量:2
18
作者 戴小康 张军 +2 位作者 孙太任 刘志林 赵德安 《扬州大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第3期50-54,共5页
为实现作业船在航向保持时的均匀投饵,船舶的航向偏差和艏摇角速度须满足指定的约束条件.针对作业船航向保持的多约束问题,提出一种基于障碍Lyapunov函数(barrier Lyapunov function,BLF)的有限时间控制方法.首先,建立自动作业船航向保... 为实现作业船在航向保持时的均匀投饵,船舶的航向偏差和艏摇角速度须满足指定的约束条件.针对作业船航向保持的多约束问题,提出一种基于障碍Lyapunov函数(barrier Lyapunov function,BLF)的有限时间控制方法.首先,建立自动作业船航向保持的状态空间模型,将其简化为严格反馈形式;其次,基于动态面理论设计障碍Lyapunov控制律,采用Lyapunov方法证明航向保持的收敛性,通过有限时间的分数幂项提高作业船抑制干扰的能力.仿真结果表明,基于障碍Lyapunov函数的控制策略具有稳定性优势,能保证作业船航向偏差和艏摇角速率满足约束上界,有效抑制风向及水流等干扰因素的影响,从而实现作业船在航向保持时的均匀投饵. 展开更多
关键词 自动作业船 航向保持 障碍lyapunov函数
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基于障碍Lyapunov函数的双臂空间机器人捕获卫星柔顺控制 被引量:1
19
作者 朱安 艾海平 陈力 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第24期2997-3006,共10页
空间机器人捕获卫星操作过程中不可避免地会与卫星接触、碰撞,此过程中若未对其关节进行有效的保护,很容易造成捕获操作失败,因此提出在各关节电机与机械臂之间添加一种弹簧阻尼机构,该机构不仅能够实现碰撞冲击能量的吸收及柔性振动的... 空间机器人捕获卫星操作过程中不可避免地会与卫星接触、碰撞,此过程中若未对其关节进行有效的保护,很容易造成捕获操作失败,因此提出在各关节电机与机械臂之间添加一种弹簧阻尼机构,该机构不仅能够实现碰撞冲击能量的吸收及柔性振动的抑制,还能配合设计的柔顺策略实现捕获操作的柔顺化。分别利用含耗散力Lagrange方程与Newton-Euler方程导出了碰撞前的双臂空间机器人与卫星分体系统动力学方程;结合Newton第三定律、捕获点的速度及闭链几何约束获得了捕获完成后的混合体系统动力学方程,且通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力;基于障碍Lyapunov函数设计了一种状态约束控制方法,实现了轨迹的高精度跟踪;采用模糊自适应控制器对系统的不确定项进行拟合,解决了系统参数不确定的影响。通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性,并利用数值模拟验证了缓冲机构的抗冲击性能及所提柔顺策略的有效性。 展开更多
关键词 双臂空间机器人 捕获操作 弹簧阻尼机构 障碍lyapunov函数 模糊自适应控制
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Time-Varying Asymmetrical BLFs Based Adaptive Finite-Time Neural Control of Nonlinear Systems With Full State Constraints 被引量:5
20
作者 Lei Liu Tingting Gao +1 位作者 Yan-Jun Liu Shaocheng Tong 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2020年第5期1335-1343,共9页
This paper concentrates on asymmetric barrier Lyapunov functions(ABLFs)based on finite-time adaptive neural network(NN)control methods for a class of nonlinear strict feedback systems with time-varying full state cons... This paper concentrates on asymmetric barrier Lyapunov functions(ABLFs)based on finite-time adaptive neural network(NN)control methods for a class of nonlinear strict feedback systems with time-varying full state constraints.During the process of backstepping recursion,the approximation properties of NNs are exploited to address the problem of unknown internal dynamics.The ABLFs are constructed to make sure that the time-varying asymmetrical full state constraints are always satisfied.According to the Lyapunov stability and finitetime stability theory,it is proven that all the signals in the closedloop systems are uniformly ultimately bounded(UUB)and the system output is driven to track the desired signal as quickly as possible near the origin.In the meantime,in the scope of finitetime,all states are guaranteed to stay in the pre-given range.Finally,a simulation example is proposed to verify the feasibility of the developed finite time control algorithm. 展开更多
关键词 barrier lyapunov functions constrained control finite time stability neural control
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