非线性系统无需初始条件预设性能有界H_(∞)容错控制

针对一类具有外部扰动和传感器故障的非线性系统,本文研究了其自适应预设性能有界H_(∞) 容错控制问题.本文提出一种新的预设性能控制设计方法,使得预设性能函数的选择与系统被约束变量的初始状态完全无关,用一种全新的方式解决了传统预设性能方法的控制效果依赖被约束变量初始条件的问题.基于该设计方法和有界H_(∞) 控制方法,在未知系统初始条件的情况下获得了系统的自适应预设性能有界H_(∞) 控制器.本文所设计的控制器能够保证系统中的所有信号都是有界稳定的,系统的输出变量能够被预设性能函数约束,并且对于外部干扰具有很好的抑制作用.最后,仿真结果验证了该控制器的可行性及有效性.

基于改进粒子群优化权函数的直流微电网H_(∞)控制策略

直流微电网中常常含有恒功率负载(constant power loads,CPLs),其负阻抗特性会降低系统的稳定性,造成直流母线电压波动甚至崩溃。因此,首先建立了直流微电网的小信号模型,使用根轨迹法分析了恒功率负载对系统稳定性的影响;其次提出一种基于混合灵敏度优化的电压控制策略,提升了直流微电网系统的稳定性,并采用改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法对权函数进行了优化,进一步提升了鲁棒控制器的性能;最后采用Matlab/Simulink仿真算例进行验证,仿真结果表明提出的鲁棒控制器减小了母线电压的波动,有效提升了直流微电网系统的稳定性。

随机大系统的分散预设固定时间有界H_(∞)控制

针对具有未知非线性函数和不确定外部扰动的随机大系统,设计分散预设固定时间有界H_(∞)控制器.该文控制器能使大系统中各子系统的跟踪误差被预设有限时间性能函数约束,使各子系统的输出较好地跟踪参考信号,确保各子系统的所有信号均依概率固定时间有界稳定.该文控制器具有可行性.

俯仰力矩下带有预瞄信息的汽车主动悬架H_(2)/H_(∞)控制研究

主动悬架相比于被动悬架多了一个可以产生主动作用力的装置,在路面不平工况中有效调节刚度和阻尼,提高车辆底盘的减振性能和乘坐的舒适性能。结合轴距预瞄信息并借鉴线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)原理,建立了俯仰力矩作用下的半车主动悬架模型,并分别设计了传统H_(2)/H_(∞)状态反馈控制器和带有预瞄信息的H_(2)/H_(∞)状态反馈控制器,对主动悬架进行多目标优化控制,在时域的层面上分别对2种控制器的性能进行仿真试验,结果表明2种控制器均能够有效优化主动悬架的性能参数,但带有预瞄信息的H_(2)/H_(∞)状态反馈控制器优化能力更加突出。

柔性航天器的H_(∞)状态反馈控制器设计

当柔性航天器工作时,由于液体燃料的晃动与重力梯度等外界环境干扰,导致航天器系统出现强非线性以及强耦合性等特点,因此如何控制其姿态偏转一直是极具难点的问题。为了解决此问题,设计了一种H_(∞)状态反馈控制器,重新定义了柔性航天器的动力学模型中的综合扰动项,结合运动学模型描绘了柔性航天器的数学模型表达式。将柔性航天器的数学模型改写成了H_(∞)状态反馈控制数学模型。使用数学理论验证了控制器理论可用性,通过仿真软件对处于H_(∞)状态反馈控制律下的柔性航天器数学模型进行仿真。结果表明,设计的H_(∞)状态反馈控制器可以有效地实现柔性航天器的姿态稳定,振动抑制,具有实际价值。

基于遗传算法的重型特种车辆主动悬架H_(2)/H_(∞)控制研究

重型特种车辆的传统被动悬架对不同路况适应能力差,恶劣路况下车辆性能下降明显,无法满足重型特种车辆在不同路况下行驶平顺性和操纵稳定性的需求.针对这一问题,研究建立了三轴重型特种车辆整车9自由度主动悬架模型,设计了H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器,并在满足H_(∞)约束条件下采用遗传算法对H_(2)性能指标进行优化,获取了全状态最优控制律,同时对连续随机路面和凸块路面下主、被动悬架性能进行分析.结果表明:在连续随机路面下,相较于被动悬架,H_(2)/H_(∞)控制主动悬架在时域和频域范围内均具有良好的性能,能够提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性;在凸块路面下,主动悬架能够更快地衰减来自不平路面的振动,并使左前轮胎动载荷的最大值降低了23.5%,提升了轮胎的接地性.H_(2)/H_(∞)控制主动悬架对不同路况具有良好的适应能力,能够满足不同路况下重型特种车辆行驶平顺性和操纵稳定性的提升需要.

T-S模糊系统的动态自触发有限时间H_(∞)控制

文中研究一类不确定Takagi-Sugeno(T-S)模糊系统的自触发有限时间H_(∞)控制。首先,提出动态自触发方案,构造触发参数的动力学方程,从而使自触发机制能依据触发时刻状态自适应地调整触发参数;同时,基于当前触发时刻的系统状态实时计算触发间隔,预测下一个触发时刻。相较于T-S模糊系统的静态自触发方案,文中所提的动态自触发方案能进一步降低触发频率,节约计算资源。其次,基于有限时间稳定理论,设置系统状态运动轨迹的次临界界限;结合状态轨迹与次临界界限的相对位置关系和动态自触发方案,分析系统的H_(∞)性能;此外,设计依赖模糊规则的H_(∞)状态反馈控制律,保证T-S模糊系统的动力学行为有限时间有界。最后,给出实例仿真验证文中方法的可行性。

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.

不确定广义Delta算子系统的鲁棒H_(∞)性能分析及控制器的设计

本文主要基于不确定性的广义Delta算子系统,针对鲁棒控制的问题以及鲁棒性能分析等相关问题进行了研究。在研究的过程中,首先为了保证系统具备鲁棒容许性能引入了广义二次容许的相关定义。紧接着通过线性矩阵不等式,在充分必要条件的支持下,将所研究的系统推广为具有规定性能的二次可容许系统。然后,基于这些结论,考虑了系统鲁棒控制器的设计等问题。根据线性矩阵不等式,得到存在一个合适的鲁棒控制器所需的条件,并通过求解LMI给出了相应的设计方法。同时,通过Matlab软件,利用一个数值实例对本文结论的有效性进行了说明。

数值界不确定直流微电网的鲁棒H_(∞)控制

针对直流微电网中参数不确定问题,提出了基于LMI的鲁棒H_(∞)控制方法,以保证系统直流母线电压稳定.首先,建立直流微电网的范数有界不确定小信号模型.其次,根据Lyapunov稳定性原理,推导了基于LMI的控制器存在的充分条件,把鲁棒H_(∞)控制器的设计转化为具有线性矩阵不等式的优化问题,进而求出状态反馈控制律,使得每个子系统和关联大系统都可镇定,且鲁棒H_(∞)控制器存在可行解.最后,通过Matlab进行数值仿真,分析了微电网结构变化、连接线路参数和负载参数变化情况下直流母线电压的特性,验证了该控制方法的可行性.

短时延广义网络控制系统的最优指数H_(∞)控制

本文基于标称点方法,研究了广义网络控制系统在短时变时延条件下的最优指数H_(∞)控制问题.为了减小网络诱导时延对系统保守性的影响,系统首先被建模为一个具有范数有界不确定项的离散时间系统.然后基于线性矩阵不等式技术和李雅普诺夫稳定性判据,给出使得系统指数稳定的一般和最优H_(∞)状态反馈控制器的存在条件和设计方法.最后通过3个算例证明了本文工作的有效性.

基于Q学习的整车主动悬架免参数H_(∞)控制

主动悬架是智能汽车全线控底盘的重要部件,配合各线控执行系统可实现整车底盘的全矢量控制,极大增强行驶的安全性,而传统控制方法需要标定的整车模型参数过多,降低了控制开发的效率。基于此,本文研究了整车主动悬架免参数H_(∞)控制方法。首先,建立主动悬架的行为依赖近似动态规划模型,将H_(∞)控制问题转化为路面干扰和控制行为的零和博弈过程;其次,使用自适应评判方法整定动作网络与批判网络,通过在线Q学习求解系统的博弈黎卡提方程,给出无须模型参数的控制最优解,稳定性分析表明该方法可收敛到系统的纳什平衡点;最后,搭建硬件在环系统验证该方法的有效性,对包块路面以及不同路面等级下的随机路面进行主动控制仿真。结果表明,基于Q学习的控制方法具有最优控制效果,能够改善低频范围内的整车平顺性和操纵稳定性。

非线性系统预设有限时间有界H_(∞)容错控制

针对一类具有外部扰动的严格反馈非线性系统,研究系统的预设有限时间有界H_(∞)容错控制问题,提出一个新的预设有限时间性能函数,进一步改进约束控制性能。结合反步法和有界H_(∞)设计思想,给出一种预设性能有限时间有界H_(∞)容错控制器设计方案,解决非线性系统在有界稳定情况下的H_(∞)控制设计问题。所设计的控制器能够保证跟踪误差,以预先设定的暂态和稳态性能在有限时间内收敛到平衡点附近的小邻域内,并且具有H_(∞)干扰抑制性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。

抑制新能源次/超同步振荡的SVG鲁棒自适应控制参数设计方法

现有抑制新能源次/超同步振荡的静止无功发生器(SVG)控制设计方法大多针对单一运行场景,难以确保运行工况变化下系统的小干扰鲁棒稳定性。为此,提出了一种抑制新能源次/超同步振荡的SVG鲁棒自适应控制参数设计方法。论证了短路比(SCR)可用于评估运行工况变化下含SVG的新能源并网系统小干扰稳定裕度;基于短路比分析方法,发现了代表系统小干扰稳定性最差的关键运行工况;基于H_(∞)控制理论,提出了一种关键运行工况下SVG控制参数鲁棒自适应设计方法。该方法能确保含SVG的新能源并网系统在运行工况变化下系统的小干扰鲁棒稳定性。

一类具有凸多面体不确定性的非线性变参数系统鲁棒H_(∞)控制

针对具凸多面体不确定性的非线性变参数(NPV)系统,本文研究了其非线性鲁棒H_(∞)控制问题.基于Lya-punov稳定性理论和多项式平方和(SOS)方法,对该系统设计了非线性鲁棒状态反馈镇定控制器.在此基础上,进一步考虑存在外部扰动情形,给出相应的非线性鲁棒H_(∞)控制可解性条件.该条件以状态和时变参数依赖的线性矩阵不等式形式(LMIs)给出,可借助凸优化工具进行有效检验.最后,通过数值仿真验证了所得方法的有效性和优势.

具有扰动的不确定非线性多智能体系统的鲁棒H_(∞)二分一致性

研究了符号网络上具有参数不确定性和外部扰动的一类非线性时变多智能体系统(multi-agent system,MAS)的鲁棒H_(∞)二分一致性问题。采用鲁棒控制中处理不确定性的思想,将所考虑的系统转化为具有范数有界参数不确定性的时不变动力学模型。将鲁棒一致性转化为降阶H_(∞)控制问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了具有期望H_(∞)性能的多智能体系统鲁棒二分一致性的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)充分条件。此外,给出了分布式静态输出反馈控制器的设计过程。进一步以二自由度(two-degree-of-freedom,2-DOF)的平面移动机器人为例,验证了所提出的控制器的有效性。

数据驱动的线性离散系统自学习H_(∞)跟踪控制

针对线性离散系统的H_(∞)跟踪控制问题,提出了一种新的脱策Q-学习方法。首先,采用数学变换,构建非最小状态空间模型,并且给出H_(∞)跟踪控制问题;其次,利用动态规划和强化学习技术,提出脱策Q-学习算法,自学习H_(∞)跟踪控制策略。所提方法的优势在于,仅利用系统输入和输出增量数据,采用构建增广的非最小状态空间方程模型转化方法,自学习H_(∞)跟踪控制策略,使系统稳定地跟踪参考信号,且具有抗干扰能力。最后,使用一般系统及SC-1乙烯裂解炉系统进行仿真实验,实验结果验证了所提方法的有效性。

基于LMI的时滞系统的分布式H_(∞)负荷频率控制

针对具有传输时滞的多区域互联电网提出一种基于线性矩阵不等式的分布式H_(∞)负荷频率控制策略。将传输时滞引入到负荷频率控制系统中,并建立新的数学模型;采用H_(∞)方法,利用积分不等式来解决信号传输时滞问题,考虑链路故障或者调峰调频的不定因素,提出通信矩阵进行建模,完成切换拓扑下分布式H_(∞)控制器的线性矩阵不等式设计。仿真结果表明,策略提高了整个系统对传输延时问题和切换拓扑情况的鲁棒性,具有更低的保守性。

地心轨道引力波探测无拖曳系统平动控制策略

探讨了一种针对空间引力波探测任务的在轨无拖曳控制技术,基于未来可行的地心轨道探测任务背景进行分析设计,并对搭载两颗检验质量的在轨无拖曳系统进行航天器与质量块间相对运动动力学及耦合特性建模。同时,初步分析了任务中无拖曳系统指标和摄动,并设计了基于频域H_(∞)最优控制理论的系统相对平动控制律。数值仿真结果表明,当双检验质量在轨无拖曳系统各检验质量按激光测距呼吸角排列时,采用无固定追踪点策略且在非敏感轴无悬浮控制输入的情况下,可以实现航天器对基准点的追踪,并满足系统频域性能指标的要求。同时,每颗检验质量的时域偏移量可以控制在微米级别,从而获得任务所需的纯引力基准。

一类不确定性切换LPV系统的输出反馈H_(∞)控制

针对一类含不确定性的切换线性变参数(LPV)系统研究其输出反馈H_(∞)控制问题.首先设计含驻留时间约束的参数与状态依赖的切换律,基于多参数依赖Lyapunov方法,给出闭环系统渐近稳定且满足H_(∞)性能指标的充分条件.然后解决控制器的可解问题,借助线性矩阵不等式给出控制器中未知参数的设计方法.最后通过数值算例验证方法的可行性.