一类非线性系统具有L_2-增益的鲁棒自适应控制

针对一类含有未知参数和干扰的不确定非线性系统,提出了一种具有L2-增益的鲁棒自适应控制方法。该方法结合L2-增益鲁棒控制和非线性阻尼技术,基于Lyapunov函数反演设计方法设计了状态反馈自适应控制器,实现了不确定非线性系统的鲁棒输出调节。该控制器不仅把常规自适应控制设计的参数重复估计问题简化为对未知干扰的抑制,而且使得系统从干扰输入到可控输出的L2-增益小于等于给定的值γ。仿真结果表明了所设计控制器的正确性和有效性。

基于改进视线坐标系的三维L_2-增益制导律研究

针对临近空间高超声速飞行器拦截问题,研究了一种具有清晰物理意义的改进视线坐标系,设计了相应的坐标系转换关系,并推导了拦截弹-目标的三维相对运动学模型;与传统的模型相比,该模型减少了状态方程的个数,使三维制导律的设计更加简捷、方便。在此基础上,采用基于L2-增益的鲁棒控制理论,将目标机动和拦截弹导引头的量测误差视为有界干扰,设计了一种基于改进视线坐标系的三维L2-增益制导律。仿真结果表明,相对于比例制导律,文中所设计的制导律可使弹目视线角速率在有限时间内趋近于零,且具有较短的拦截时间和更好的噪声抑制能力,有一定的工程应用价值。

饱和非线性切换系统的L_2-增益分析与设计

基于线性矩阵不等式和干扰抑制理论,利用多李雅普诺夫函数方法研究了一类具有执行器饱和的非线性切换系统的L2-增益分析及控制综合问题。首先,当假设控制器事先给定时,给出了保证闭环系统在外部扰动作用下状态轨迹有界的充分条件。然后根据这一条件,将估计容许干扰能力的问题转化为一个受限优化问题。然后,在容许干扰集合内,对系统的受限L2-增益进行分析。通过解一个受限优化问题估计了受限L2-增益的上界。进一步,当控制器增益矩阵为设计变量时,这些优化问题可方便地应用于控制器设计问题之中。所有结果都可通过解带有线性矩阵不等式约束的凸优化问题获得。

与非合作目标交会的追踪卫星轨道L_2-L_∞增益控制

针对空间交会中非合作目标卫星存在轨道机动的特殊情况,研究了追踪卫星的轨道控制器设计方法。考虑参数的不确定性和执行器饱和特性,在惯性系下建立了两星相对轨道运动的近似模型;将目标卫星轨道机动视作系统干扰并考虑追踪卫星控制干扰,以燃料消耗和时间为优化指标,提出了基于系统有限时间性能和系统L2-L∞增益的控制器设计目标;采用线性不等式技术提出并证明了控制器存在的充分条件,并将控制器设计问题转化为凸优化问题求解。仿真结果表明,设计的控制器有效且对不确定性和干扰具有较好的鲁棒性。

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统的L_2增益控制

基于轻型高压直流输电系统的端口受控哈密顿系统(PCHD)模型,提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的L2增益控制新方法。首先根据VSC-HVDC的不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,根据控制目标和能量平衡的关系设计误差系统的能量存储函数,通过L2增益控制的方法设计控制器,实现对参考电流的渐近追踪和对外界干扰的抑制。仿真结果验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。

感应电机的L_2增益鲁棒控制

电机电阻在运行过程中会发生较大范围的未知变化,对感应电机的控制性能造成不利影响。该文针对工程中常用的三阶感应电机模型,根据L2增益干扰抑制理论设计了鲁棒控制器。在误差动态方程中,将由未知电阻引起的不确定项看作系统的干扰,设计控制器使得干扰信号对评价信号的L2增益小于给定的性能指标。仿真结果表明,即使转子电阻偏离其标称值很多,控制器仍然能够保持优良的转速与磁链跟踪性能。

不确定参数快估反演自适应最优L_2增益控制

为了加快参数自适应律微分方程求解速度和状态变量的稳定收敛速度,通过改进常规反演自适应L_2增益控制算法和引入线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI),实现了参数自适应律微分方程只需一步积分运算即可求解,简化了不确定参数自适应律计算求解,并保证了L_2增益系数最小,给出了不确定参数快估反演自适应最优L_2增益控制(rapid back-stepping adaptive optimal L_2control,OP-L_2-RBAC)的通式。军用电站谐波励磁系统的控制仿真结果表明,相对于传统反演自适应L_2增益控制,该方法可加强军用电站励磁系统的动态稳定性。

永磁直线伺服电机L_2鲁棒控制的研究

对永磁直线电机伺服系统提出非线性L2鲁棒控制。给出电机的非线性数学模型,在此基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型;将跟踪和干扰抑制归结为L2设计问题,通过构造适当的存储函数得到描述系统L2控制器的两个定理;证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐进稳定。仿真结果表明,用该方法设计的系统能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能永磁直线伺服系统控制的要求。

含K类函数和附加控制量的自适应L_2励磁控制

为了简化常规非线性自适应L_2增益控制计算和加快控制系统状态变量的稳定收敛速度,通过引入附加控制变量和K类函数,克服了每次虚拟函数设计时都要考虑γ–耗散不等式的不足,保证了L_2增益控制能力随误差变量的增加而增强,给出了一种含附加控制变量和K类函数的非线性自适应L_2增益控制的通式,并以具体军用电站谐波励磁系统为对象,进行了仿真实验.仿真结果表明,相对于传统L_2增益控制,该方法可提高状态变量的收敛速度,并可加强军用电站励磁系统的动态稳定性.

异步电动机的端口受控哈密顿控制与L2增益扰动抑制

针对在异步电动机调速系统中负载转矩存在扰动的问题,在异步电动机状态误差端口受控哈密顿(PCH)控制基础上,提出一种采用L2增益抑制扰动的控制方法。首先,建立了异步电动机的PCH系统模型,并构建了期望的闭环状态误差PCH系统。根据转子磁场定向原理,确定了期望的平衡点,利用互联和阻尼配置方法,设计了负载转矩恒定已知时的控制器。其次,针对负载扰动问题,利用L2增益控制原理,设计了异步电动机PCH系统负载扰动抑制控制器,同时为了更好地消除扰动带来的稳态误差,在此基础上引入了PI控制。仿真结果表明,所设计的控制器具有很好的转速跟踪性能和负载扰动抑制能力,有一定的应用前景。

机电复合调速系统反演自适应L_2增益控制

建立了含多个不确定参数和外部扰动的机电调速系统非线性模型,并提出一种基于附加控制变量和可调参数自修正的反演非线性自适应L_2增益速度控制方法,通过引入K类函数和附加控制变量,既提高了机电复合调速系统的稳定控制速度,也克服了在传统反演设计中各子系统虚拟函数设计时都要考虑耗散不等式的不足,与常规调速控制方法进行的仿真结果对比表明,新提出的控制方法能够提高速度控制套等执行部件的响应速度,减小速度控制的超调,有利于提高机电复合调速系统的稳定控制能力。

飞翼布局无人机反步L_2增益纵向着陆鲁棒控制

针对存在干扰的飞翼布局无人机纵向着陆控制问题,提出一种基于super twisting滑模干扰观测器与跟踪微分器的反步L_2增益鲁棒控制方案.为解决反步控制虚拟控制量求导复杂的问题,设计了跟踪微分器对虚拟控制量进行求导,同时综合采用super twisting滑模干扰观测器和L_2增益鲁棒项增强了控制系统的鲁棒性.仿真结果表明,无人机高度、空速都跟踪上控制指令,垂直接地速度在允许的范围内,与传统的PID着陆控制方案相比具有更好的着陆控制性能.

基于PCH模型的有源电力滤波器滑动耗散阻尼限幅自适应L_2增益控制

基于有源电力滤波器(APF)的端口受控哈密顿系统(PCH)平均化模型,提出了一种采用滑动耗散阻尼限幅的自适应L2增益控制新方法。该方法基于APF的能量耗散特性和能量平衡原理,建立了APFPCH平均化模型和误差系统PCH平均化模型。在此基础上设计了自适应L2增益控制方法,在确保误差系统稳定的同时有效抑制了参数摄动和外界干扰对控制效果的影响。针对误差系统的欠驱动性质和准确估计直流电容参考电压波动量的困难,分别采用间接控制以及大电容条件下忽略直流电容参考电压波动量的方法,简化了控制方法的执行过程;此外,该方法还分析了APF内层控制过调制现象产生的原因。针对跟踪精度和干扰抑制的要求与APF内层控制过调制约束条件间的矛盾,通过以滑动耗散阻尼限幅控制代替固定耗散阻尼控制,在满足内层控制约束条件下确保跟踪精度和补偿效果。仿真实验验证了本文所提方法的正确性和有效性。

基于神经网络的现代感应电机自适应L_2鲁棒控制

提出一种用于现代感应电机调速的自适应L2鲁棒控制方法。采用反步法(backstepping)推导出2个自适应L2鲁棒控制器,这2个控制器1个控制转速和磁链外环,1个控制定子电流内环。考虑了由感应电机定转子电阻、转动惯量和负载转矩的不确定性造成的扰动,采用RBF(radialbasisfunction)神经网络来补偿这些扰动。提出的控制器可以和1个转子磁链观测器联用。应用转子磁链定向模型固有的解耦性质和HJI(Hamilton-Jaccobi-Issacs)不等式,从全局上证明了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,提出的控制方法对感应电机的不确定性有很强的鲁棒性,且具有很高的动态性能。

提高送端多直流落点系统暂态稳定性的L_2增益控制

提出了一种改善送端多直流落点系统暂态稳定性的L2增益控制。首先将送端直流线路传送的有功功率简化为送端系统的正的有功负荷,构造送端多直流落点系统非线性微分代数方程模型;然后采用预置反馈的方法,得到包含多条直流线路的结构保持模型的拟哈密尔顿实现;最后基于拟哈密尔顿实现,针对系统外界干扰,通过非线性干扰抑制方法,得到高压直流与发电机励磁的控制规律,使得系统的干扰量到输出量的L2增益低于给定的水平。仿真结果表明,与传统控制器比较,所设计的控制器能够保证系统的渐进稳定性,有效抑制干扰,具有较强的鲁棒性。

含状态时滞及执行器饱和不确定系统反馈镇定及L_2增益分析

研究了具有控制饱和状态时滞不确定系统的L2控制问题,提出了状态反馈方法,利用Lyapunov函数可获得时滞相关的线性矩阵不等式.线性矩阵不等式条件可保证闭环系统无干扰时鲁棒内稳定性和在某椭球内预先给定的有干扰时L2性能水平,该不等式通过引入辅助矩阵解除了执行器饱和对系统的影响而更易于实现且减小了保守性.采用线性矩阵不等式技术,将控制器存在的充分条件转化为凸优化问题.在此基础上设计了系统的状态反馈控制器,最后用数值仿真验证了所提出方法的可行性.

基于神经网络和L_2增益的船舶航向自动舵设计

对一类带建模误差和不确定性外界干扰的船舶运动非线性系统,提出了一种基于神经网络和L2增益方法的航向自动舵设计。对模型中的建模误差采用在线神经网络予以辨识和补偿,避免了建模误差界定函数的经验选择;而对不确定外界干扰力项则采用L2增益设计,保证了闭环跟踪系统的鲁棒性。控制器设计步骤应用Lyapunov函数递推法,航向跟踪误差和神经网络权值误差被证明是一致终值有界的。合理的控制器参数选择保证了控制系统的跟踪精度。数值仿真结果验证了控制器设计的有效性。

基于L_2增益稳定的航天器鲁棒姿态控制

研究了有界干扰输入下的航天器姿态调节控制问题,设计了鲁棒姿态控制算法,使得从干扰力矩输入到系统某一指定的性能输出的L2增益小于任意给定的正常数,从而实现了对干扰力矩的抑制.避开了直接求解使闭环系统L2增益小于给定值的某个相应的Hamilton-Jacobi-Isaacs偏微分方程或不等式的困难.通过选取恰当的Lyapunov函数,分析证明了前述L2增益是小于任意给定的正值,保证了闭环系统的状态轨迹在有界干扰作用下是全局最终一致有界的.仿真结果验证了所提出的鲁棒控制方案的有效性.

基于参数辨识及L2增益的PMSG反步控制策略研究

针对永磁电机式机械弹性储能机组动力源扭矩和转动惯量同时变化特性,提出了一种基于辨识算法及L_2增益的反步控制策略。通过带遗忘因子的最小二乘算法同时辨识实时变化的转动惯量和输入转矩,根据辨识结果,考虑辨识误差以及发电机参数变化带来的不确定特点,结合反步控制和L_2增益干扰抑制方法设计非线性反步控制器,保证永磁同步发电机的转速和输出电流能够以给定参考值运行。仿真结果表明:该控制策略能够较好地实现永磁同步发电机输出值对目标值的快速跟踪,且具有一定的抗干扰能力。