孙国法[1]2014年在《非线性系统动态面控制及其在伺服系统中的应用》文中研究表明在非线性系统动态面控制方法中，输入端非线性环节会影响闭环输出信号的跟踪性能。因此，如何设计动态面控制算法来提高闭环非线性系统的瞬态和稳态性能成为控制领域的研究课题之一。本文研究了几类非线性系统的动态面控制问题，针对带有未知非线性环节的非线性系统，利用系统的结构特性，设计扩张状态观测器、有限时间观测器和神经网络观测器来观测系统状态和未知扰动信号，在此基础上设计了输出反馈动态面控制器、基于跟踪微分器和扩张状态观测器的动态面控制器、神经网络动态面控制器、自适应鲁棒动态面控制器等。针对电机伺服系统中的非线性环节和扰动问题，提出了多电机驱动伺服系统的改进动态面控制方案。本文的具体工作如下：1.研究了带有输入端未知死区的纯反馈形式非线性系统的输出精确跟踪鲁棒控制问题。通过设计扩张状态观测器，传统反馈控制问题中的状态未测量问题得到解决，同时在线估计了由系统未知函数和输入死区导致的总的不确定性。为了应用分离性定理，设计了有限时间状态观测器来获得系统状态和总的不确定性。然后，通过结合跟踪微分器，研究了一种改进的动态面方法来消除“复杂性爆炸”问题并保证系统输出信号的跟踪性能。由于跟踪微分器是一种快速精确的信号滤波器，当用来代替动态面中的一阶滤波器时，闭环控制系统的性能显著提高。整个闭环系统的L稳定性由李雅普诺夫方法和初始化技术给出，保证了跟踪误差的瞬态和稳态性能。通过仿真算例得出了令人满意的结果，说明了所提出控制方案的有效性。2.研究了输入端带有滞环非线性环节的严格反馈形式的非线性系统，用扩张状态观测器和跟踪微分器来改进传统动态面方法并提出一种新的自适应鲁棒控制策略。为了处理系统不确定性，扩张状态观测器用来代替函数逼近器在反步法的每一步在线估计和补偿未知系统函数。基于扩张状态观测器的有限时间收敛并结合跟踪微分器，实现了被控非线性系统输出信号的精确跟踪。跟踪微分器在对虚拟稳定化信号精确滤波的同时可获得其微分信号，从而避免了算法中对同一虚拟控制信号的重复微分。因此，跟踪微分器不仅能解决控制的“复杂性爆炸”问题，而且提高了闭环系统的控制性能。仿真结果表明，在保证系统瞬态性能方面，所提出的自适应鲁棒动态面控制算法要优于文献中基于函数逼近器的自适应算法。3.研究了一类多输入多输出不确定性非线性系统的保证预测性能的自适应输出反馈动态面控制问题。设计神经网络观测器并改进动态面方法实现了多个控制目标。第一，实现了输出反馈控制，设计了具有快速收敛性能的有限时间回声神经网络观测器来在线获得系统状态。因此传统状态反馈中存在未测量的状态得到实时估计，未知函数由回声神经网络来逼近。然后，通过在动态面设计的每一步中用高阶滑模微分器来代替一阶滤波器,提出了一种改进的动态面方法。因此，减小了滤波器性能对整个闭环系统稳定性的影响。而且，输入到状态的稳定性分析能够保证整个闭环系统的所有信号是半全局最终一致有界的。特别地，保证系统跟踪性能的性能函数使得跟踪误差收敛到原点附近一个紧集中。两个仿真算例的仿真结果说明了所提出控制方法的有效性。4.研究了具有未建模动态的多电机驱动伺服系统的稳定性与跟踪控制问题，提出了一种神经网络主动抗扰控制方法。为了实现输出反馈，设计了基于高阶滑模微分器的状态扩张观测器来在线观测未测量的速度信号，并以此为基础设计动态面控制器。而且，高阶滑模微分器用来改进传统的动态面控制方法。设计的控制器解决了传统PID控制器中快速性与超调量之间的冲突，能够解决一大类具有未知扰动的实际系统的控制问题。此外，包括摩擦和扰动力矩的未知函数由切比雪夫神经网络来逼近，网络权值自适应律由李雅普诺夫稳定性方法给出。在理论分析中，闭环系统的稳态和瞬态性能由性能函数来保证。最后，实验结果验证了所提出控制方法的有效性。5.基于扩张状态观测器，本文研究了电机伺服系统的自适应鲁棒动态面控制算法，包括伺服转台系统、双电机驱动伺服系统和四电机驱动伺服系统，这些系统中存在多种影响控制性能的非线性因素。首先，分析了四电机伺服系统的齿隙和摩擦非线性环节并给出了对象的数学模型。然后，针对带有参数摄动和外部扰动的电机伺服系统的数学模型，设计有限时间扩张状态观测器来估计系统总的不确定性。利用在线获得的扰动估计信号，根据李雅普诺夫稳定性理论设计自适应鲁棒动态面控制器，保证了闭环系统的稳定性及所有信号的有界性。而且，通过参数初始化技术能够保证跟踪过程的瞬态性能。最后，在三种不同的实验平台上验证了所提出的自适应鲁棒动态面算法的有效性。
殷传军[2]2007年在《一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制研究》文中研究表明非线性系统的控制问题是目前控制界研究的一个重要课题。由于复杂性(系统描述相应复杂)，加上建模误差、参数时滞、外部干扰等不确定性，从而往往不能获得满意的解，使得现代控制理论中的许多结果在实际工程中的应用不尽人意，不确定非线性系统的控制一直是当前研究的难点。微分几何理论的出现，极大地促进了非线性系统控制理论的研究，自适应控制理论以及变结构控制理论是非线性系统研究的两大经典成果。本文研究非线性系统的次优H_∞控制问题，利用外部输入到控制输出的L_2-增益，设计非线性H_∞状态反馈控制器；此外，采用一种建立在非线性几何结构理论上的仿射非线性控制方法，将鲁棒控制方法引入到自适应控制领域中，针对一类不确定非线性系统，基于线性辨识模型着重研究鲁棒一般模型控制的问题。在强跟踪滤波器理论和输入等价干扰理论的基础上，设计鲁棒自适应控制器，来补偿可测扰动的影响，克服非线性过程和模型的不匹配以及过程的时变特性。目前，非线性系统鲁棒自适应控制的研究较少，非线性系统理论和不确定性系统的鲁棒自适应控制问题一直是近年来控制理论界和实际系统应用中的热点和难点问题。它们之间的结合产生更为复杂、更具有综合性的问题，不仅具有丰富的理论研究背景，更具有很高的实际应用价值。
刘成菊[3]2007年在《线性时滞不确定性系统的滑模变结构控制》文中研究说明时滞和不确定性广泛存在于各类实际系统中，是导致系统不稳定和动态性能下降的重要因素。所以充分考虑时滞和不确定性因素对系统控制效果的影响，设计具有较强鲁棒性的控制器具有重要的理论意义和实际应用价值。滑模变结构控制的突出优点是滑动模态对于匹配的参数不确定性以及外界扰动具有完全的鲁棒性，并且滑动模态的动态品质是可以预先设计的。同时设计方法简单，易于实现。它为不确定性系统、非线性、时滞、时变以及干扰源多的系统的鲁棒设计提供了一种有效的方法。本文关注时滞不确定系统的滑模变结构控制，针对不同类型的时滞不确定系统，研究其滑模控制器的设计问题。研究内容概括如下：1．研究一类存在控制时滞的不确定性系统的最优滑模控制问题。定义线性无时滞变换，将时滞系统转化为无时滞系统，在新坐标下，研究基于二次型性能指标的最优滑模面的设计方法，设计了动态不连续控制律，保证滑模存在条件和到达条件，并有效削弱抖振。数值算例及在化工反应过程中的应用研究验证该设计方法的有效性。2．研究一类存在状态时滞的不确定性系统的全滑模控制器的设计问题。提出了一种积分滑模面的设计方法，实现了不确定时滞系统的全局鲁棒滑模控制。系统地给出了全滑模控制器的设计过程。仿真研究验证了设计控制策略的有效性。3．以同时存在状态时滞和控制时滞的不确定性系统为研究对象，基于线性变换，提出了一种设计全滑模控制器的新思路。首先定义线性变换将系统转化为只显含状态时滞的不确定性系统，在新坐标下，进行全滑模控制器的设计。设计的积分滑模面，消除了趋近阶段，实现了全滑模控制。设计控制律确保滑模的存在条件，并能有效克服不确定性的影响。以延时网络控制系统为对象，设计全滑模控制器，仿真结果表明该控制方法鲁棒性好，是镇定延时网络控制系统的有效方法。4．总结论文的主要工作，并指出今后的研究方向。
陈义[4]2006年在《不确定性非线性系统控制方法研究》文中认为变结构控制理论已经历了40余年的发展过程,形成了自己的体系,成为自动控制系统一般的设计方法,它的一个突出优点是可以实现滑动模态与摄动完全无关,使系统的这一模态具有完全的抗摄动性或者说具有对摄动的完全自适应性,可以赋予系统各种良好的性能和品质。Backstepping方法是上世纪八十年代末才出现的非线性控制方法,它的出现和发展解决了李雅普诺夫方法缺乏构造性的问题,它利用系统的结构特性递推地构造整个系统的李雅普诺夫函数,从而可以保证闭环控制系统的稳定性。 本论文根据自适应变结构控制研究的发展现状、存在的主要问题以及工程实际应用的基本要求。对不确定非线性系统的自适应变结构控制进行了理论及应用研究,建立起系统化的设计框架,并将研究成果应用到移动机器人控制中,取得了较好的控制效果。论文的主要工作如下: 1 概况总结了变结构滑模控制、自适应反演控制方法的国内外研究现状及存在的主要问题。 2 从理论上对变结构滑模控制、自适应反演控制方法进行了阐述。给出了反演控制法的设计原理和设计方法,包括线性、非线性和离散系统,并给出了线性系统的仿真。 3 将滑模控制和反演控制方法相结合,给出了基于反演设计的滑模控制方法,并给出了仿真实例。 4 将基于反演设计的滑模控制方法运用于移动机器人控制,进行了仿真验证,取得了较好的控制效果。 5 对本论文的工作进行了总结。
夏晓南[5]2016年在《几类不确定非线性系统的输出反馈自适应动态面控制研究》文中指出在实际的非线性控制系统中常常存在很多不确定性,例如建模误差、模型简化、测量噪声、外部扰动及输入未建模动态等,它们对控制系统的稳定性造成很大影响,易导致系统性能下降,甚至造成不稳定。具有状态未建模动态的非线性系统的自适应控制已得到广泛的研究,取得了丰硕的成果,有效地抑制了未建模动态对控制系统的影响。对具有输入未建模动态的非线性系统,现有文献主要讨论了控制系统的镇定问题,其结果相对较少。在过去二十多年中,基于后推的非线性系统的鲁棒自适应控制一直受到控制理论与控制工程工作者的广泛关注,是90年代后研究的热点之一,然而后推方法所设计的控制器结构复杂。Swaroop等通过引入一阶滤波器,提出动态面控制方法,克服了后推设计的不足。近年来,许多学者基于后推设计和动态面控制技术,提出了若干自适应动态面控制方案,但是,动态面控制方法应用在不确定非线性系统以及随机非线性系统的控制器设计中的相关结果比较少,严格的稳定性分析有待深入研究。本文对几类具有状态及输入未建模动态的不确定非线性系统,将神经网络／模糊逼近技术、K-滤波器设计、后推设计、变能量函数、动态面控制及自适应控制等方法有机结合,提出自适应动态面控制的系统设计与分析方法。具体研究结果如下：(1)对一类具有未建模动态和未知高频增益且状态不可量测的不确定非线性系统,引入辅助动态信号处理未建模动态,利用径向基函数神经网络逼近未知非线性函数,设计神经网络K-滤波器估计不可量测状态,分别利用Nussbaum函数和特殊的控制器结构来处理未知的高频增益符号,基于动态面控制方法,提出两种自适应输出反馈控制方案。利用BIBO稳定性质以及动态面控制中引入的紧集,给出闭环系统的稳定性分析,去除了传统后推设计中假设逼近误差有界的条件。在此基础上,进一步通过扩展Lyapunov全局指数稳定逆定理,对未建模动态提出新刻画,并通过构造的方法解决了该描述下闭环系统的稳定性证明问题。利用动态面控制方法,弱化了未建模动态的假设条件,取消了理论分析中产生的未知连续函数的估计,降低了设计的复杂性。(2)对一类具有输入未建模动态、输入死区及预设性能的不确定非线性系统,提出了自适应动态面输出反馈控制方案。考虑输入未建模动态具有非线性形式。结合降阶滤波器和K-滤波器的特点,设计神经网络降阶K-滤波器；采用正则化信号来处理输入未建模动态；利用死区线性化模型处理死区非线性；通过引入跟踪误差变换,保证了系统的瞬态性能。结合动态面控制方法和滤波器特殊结构证明了闭环系统中所有信号的有界性。利用动态面控制技术的特点,放宽了输入未建模动态的假设。(3)对一类具有未建模动态的结构相似形严格反馈非线性耦合大系统,提出一种基于神经网络的分散自适应动态面控制方案。引入Lyapunov函数来约束未建模动态,利用神经网络逼近理论分析中所产生的未知非线性连续函数,通过Young不等式和三重求和项的分解有效地处理耦合作用项,并利用动态面控制技术,实现了系统的分散控制。与现有研究结果相比,所设计的分散控制律中不含有控制增益下界常数。理论分析证明了闭环控制系统中所有信号半全局一致终结有界,且跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内。通过小车上双倒立摆系统的仿真实例,进一步验证了所提方案的有效性。(4)对一类具有未建模动态且输出和状态之间存在耦合作用的输出反馈非线性大系统,设计分散K-滤波器估计子系统不可量测状态,通过分离定理、Young不等式,径向基函数的上界与神经网络输入无关等手段来处理耦合作用项,提出了集中与分散两种输出反馈自适应动态面控制方案。在此基础上,进一步对具有预设性能的且系统之间存在直接输入耦合作用的输出反馈非线性大系统,考虑控制输入和耦合输入都含有非线性输入未建模动态,提出分散输出反馈自适应动态面控制策略。构造扩展的分散K-滤波器估计不可量测状态；利用正则化信号来抵消输入未建模动态对系统稳定性的负面影响；通过重新定义控制变量,利用动态面控制方法设计出每个子系统的间接控制律,最终通过求解线性方程组得到分散自适应神经控制器。理论分析表明,闭环系统所有信号半全局一致终结有界,并且同时能够保证瞬态跟踪性能。(5)对具有未建模动态和不可量测状态的随机非线性系统提出了一种自适应动态面神经输出反馈控制方案。用于估计黑箱函数的神经网络权值向量可在线调整。未知的非线性系统函数与稳定性分析中产生的函数合并在一起处理,这种方法有效地减少了在线调节参数数目；使用BIBO稳定性定理,并利用滤波器特殊结构构建线性方程组,证明了闭环系统的稳定性。通过使用动态面控制技术、伊藤公式和Chebyshev不等式,所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号依概率有界。(6)对一类具有输入及随机未建模动态的随机非线性系统提出自适应神经输出反馈控制方案。构造适当的变能量函数处理随机未建模动态。结合随机输入状态稳定和小增益条件,设计了动态面输出反馈自适应控制器,该控制器能够保证闭环系统所有信号概率有界,误差信号在二阶矩或四阶矩意义下半全局一致终结有界。利用Chebyshev不等式,建立非负随机变量矩有界与变量概率有界的关系,给出严格数学意义下的随机系统稳定性分析。通过对单连杆机械臂系统的数值仿真,进一步验证了所提方案的有效性。(7)将(5)中的结果推广到随机非线性互联大系统,利用模糊系统逼近未知连续函数,基于动态面控制方法,根据观测器子系统,提出集中和分散随机输出反馈模糊自适应动态面控制策略。通过稳定性分析中所定义的紧集,有效地处理了未知耦合作用项和分析中产生的黑箱函数的总和。利用模糊基向量2范数的特点,提出随机分散控制。所设计的分散K-滤波器中不含模糊系统的自适应逼近项,因此,滤波器的阶次大大降低。理论分析证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号依概率有界,误差信号均方或四阶矩意义下有界。通过对弹簧连接的三倒立摆系统的数值仿真验证了所提控制方法的有效性。
张元涛[6]2011年在《不确定非线性系统的自适应滑模控制及应用研究》文中研究指明在实际工程中,被控对象往往具有非线性和不确定性,研究不确定非线性系统的控制问题具有重要的理论意义和现实需要。滑模控制以其独特的鲁棒性及对匹配不确定性和外部干扰的完全自适应性等特点,使其在解决不确定非线性系统的控制问题上显示出了巨大的生命力。然而,阻碍滑模控制理论在实际工程中应用的是滑模控制器带来的抖振、切换增益过大、依赖数学模型、要求不确定项满足匹配条件以及需要确知不确定项的界等一系列问题。自适应控制也是解决不确定非线性系统控制的一个常用方法,它可使控制系统对未建模动态、过程参数摄动、外界干扰等特性不敏感,且无需不确定项满足匹配条件和确知不确定项的界,当系统在对象结构参数和初始条件发生变化或目标函数的极值点发生漂移时,能够自动的维持在最优工作状态。但单纯自适应控制的设计方法通常较为复杂,且在系统存在非参数不确定性时鲁棒性受模型误差影响较大,通常与其它鲁棒控制方法相结合。因此,本文结合自适应控制和滑模控制的优点,将自适应控制引入到滑模控制中,系统地研究不确定非线性系统的自适应滑模控制方法及其相关理论,进一步扩展了滑模控制的应用范围,丰富了不确定非线性控制的研究内容。最后,本文将设计的算法应用在船舶减摇鳍不确定非线性系统中,仿真结果表明减摇性能良好,给船舶减摇鳍控制工程师提供了一些思路。本文的研究内容主要集中在以下几个方面:①综述了经典自适应、反演自适应及智能自适应与滑模控制相结合在不确定非线性系统中的研究现状,介绍了非线性系统分析和设计的相关理论基础,包括微分几何理论、反馈线性化方法及Lyapunov稳定性理论等数学工具。②针对一类匹配不确定仿射非线性系统,在介绍常规滑模控制方法的基础上,提出了一种基于切换增益和边界层厚度的参数自适应滑模控制策略。该方法用双极性Sigmoid函数代替符号函数,实现了切换增益和边界层厚度的自适应调整,削弱了输入抖振现象且保证了较高的跟踪精度,无需确知不确定项的界。③针对一类参数半严格反馈形式非匹配不确定非线性系统,结合反演自适应和滑模控制方法,提出了一种适用于输出跟踪的反演自适应滑模控制器。该控制方法的特点是允许系统同时存在非匹配和匹配的参数不确定性及非参数不确定性,匹配非参数不确定性中还考虑了输入系数不确定性,鲁棒性强,通过设计增益参数还可调节滑模面到达时间并进一步削弱抖振。④针对一类非匹配参数可观测最小相位不确定仿射非线性系统,采用动态输入输出线性化的方法,结合反演自适应和滑模控制,提出了一种动态反演自适应滑模控制器,该方法的特点是无需将不确定非线性系统变换为参数严格反馈或纯反馈形式。⑤针对一类模型未知不确定非线性系统,利用RBF神经网络来对系统不确定动态进行逼近,设计了权值的自适应律,用滑模控制来保证系统的鲁棒性,设计了一种基本的RBF神经网络自适应滑模控制器。该控制器的特点是能保证在逼近误差较小时,即合适的初始权值下,系统能较好地跟着期望轨迹,有一定的鲁棒性,然而当逼近误差较大时,即不合适的初始权值下,则无法保证系统状态有界性和渐进稳定性。根据该控制器存在的缺点,提出了一种改进的带监督控制器的RBF神经网络自适应滑模控制器。该控制器的特点是在逼近误差较大时,通过监督控制的补偿作用,使系统仍能保持良好的控制性能,确保了系统状态有界性和渐进稳定性,同时通过基于投影算法的自适应律的修改,保证了权值的有界性。⑥针对船舶减摇鳍不确定非线性系统,在介绍船舶横摇运动数学模型的基础上,考虑随机海浪的影响,建立了基于谱分析的二维不规则长峰波Longuet-Higgins模型,并进行了海浪模型的仿真。最后将第三章设计的参数自适应滑模控制和第五章设计的改进的RBF神经网络自适应滑模控制应用在减摇鳍控制器设计中,通过在不同高海情下的仿真结果表明,两种算法均具有优良的减摇性能,响应速度快,控制精度高,并且鲁棒性强。
杨帆[7]2012年在《基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制研究》文中认为随着科技进步和技术发展,对伺服系统性能的要求也大幅提升,摩擦非线性是影响伺服系统性能的一个重要因素,尤其是伺服系统的低速性能,容易造成波形畸变现象和爬行现象。本文针对伺服系统中摩擦非线性的影响,设计了基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制器。首先对摩擦特性和模型进行了详细的分析,在此基础上,采用LuGre摩擦模型建立了伺服系统动力学模型。针对基于LuGre摩擦模型的伺服系统模型,分别设计了常规PID控制器和滑模控制器,进行了理论分析和仿真研究,仿真结果表明常规的PID控制的难以取得较好的低速性能,而滑模控制的输出控制量存在抖振现象。为了有效克服实际伺服系统中存在的摩擦非线性、参数不确定性、外界扰动和未建模动态,设计了自适应鲁棒控制器。该控制器包含三部分：自适应模型补偿部分、稳定反馈部分和鲁棒控制部分。首先对自适应控制部分和鲁棒控制部分分别进行了分析,并通过仿真验证了两者各自的优缺点：前者具有较高的跟踪精度,但是鲁棒性较差；后者具有较强的鲁棒性,但是有较大稳态误差。在此基础上,设计了自适应鲁棒控制器,理论分析表明,自适应鲁棒控制器能够有效克服摩擦非线性、系统不确定性和外界扰动的影响,跟踪误差在要求的范围内,仿真结果也验证了方法的有效性。进一步,考虑测量噪声对系统的影响,对自适应鲁棒控制方法进行改进,设计了期望补偿自适应鲁棒控制,有效抑制了测量噪声的影响,并通过仿真验证了它的有效性。
叶锦华[8]2013年在《不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究》文中研究说明非完整轮式移动机器人（wheeled mobile robot,WMR）是典型的多输入多输出耦合欠驱动非线性系统，其运动控制问题极具挑战性。轮式移动机器人大多工作在复杂未知环境之下，容易受到多种不确定性和扰动的综合影响，因此，解决复杂不确定下非完整轮式移动机器人的运动控制问题意义深刻且现实需求迫切。本文研究了轮式机器人包含定位不确定性、参数和非参数不确定性、侧滑和打滑干扰等情形下的运动控制策略，探讨了非完整单链系统的有限时间控制以及力矩受限下轮式移动机器人的动力学控制。主要的研究成果包括：（1）研究了定位不确定的轮式移动机器人路径跟随问题，提出一种基于改进遗传算法优化自适应扩展卡尔曼滤波的全局一致渐进稳定控制器。（2）提出了一类n维不确定非完整单链系统的鲁棒有限时间镇定控制律。通过不连续变换将原系统分解为1阶和n-1阶两个解耦的独立子系统，对1阶子系统采用分段控制策略解决不连续变换引起n-1阶子系统奇异问题，保证控制律的全局性，对n-1阶子系统采用反演（backstepping）设计方法，降低设计复杂度，设计过程基于有限时间Lyapunov理论，保证系统的有限时间稳定。（3）研究了本体动力学模型包含参数和非参数不确定性的轮式移动机器人轨迹跟踪问题，提出基于自适应反演滑模控制的全局渐进稳定饱和控制方案。通过运动学输入-输出非线性反馈和动力学输入变换，建立包含系统总体不确定性项的线性模型，采用一种动态调整机制实现控制输入饱和约束，基于幂次趋近律提高了滑模控制的平滑性和快速性，自适应估计总体不确定性的上界有效削弱了滑模控制的抖振现象。（4）提出了执行器动力学模型包含参数和非参数不确定性的轮式移动机器人轨迹跟踪与镇定统一控制方法。通过backstepping分别设计系统的运动学、本体动力学和执行器动力学控制器，运动学控制器引入了时变控制量，使跟踪误差模型用于镇定控制时不存在奇异，本体和执行器动力学控制器分别采用带鲁棒项的强化学习自适应模糊控制补偿系统的复杂不确定性，采用非线性跟踪-微分器避免了backstepping过程的“计算膨胀”，闭环系统为最终一致有界收敛。（5）针对存在未知侧滑和打滑扰动的轮式移动机器人，提出了基于自适应神经网络扰动观测器的鲁棒H轨迹跟踪与镇定统一控制器。采用横截函数（transform function,TF）方法和标准李群运算，建立与原系统等价的输入输出完全解耦的无奇异全驱动统一控制模型，自适应神经网络扰动观测器实现了对侧滑和打滑扰动的精确估计，H控制器对估计误差进行预定水平抑制，消除了未知侧滑和打滑扰动的影响，保证系统的H控制性能。仿真结果表明了上述方法的有效性，最后，论文还设计了一种轮式移动机器人快速实时半物理仿真实验平台，对文中涉及的部分方法进行了实验研究，进一步验证了有效性。
杨焱煜[9]2017年在《惯性稳定平台的自适应鲁棒控制研究》文中进行了进一步梳理机载光电稳定平台大范围地应用在侦察、定位、作战以及效果评估等方面。光电稳定平台的视轴稳定精度是衡量其性能的一个重要指标,稳定精度将直接影响光电稳定平台的成像清晰度、信息准确度等。所以,实现机载光电平台的视轴稳定控制并保持高稳定精度非常重要。在实际复杂的工作环境下,来自载体飞机的姿态变化,载体飞机的振动、气流扰动、线缆等其他一些不确定因素都将给光电平台的稳定控制引入扰动力矩,使得平台电机力矩不能完全精确地驱动框架,视轴不能准确地稳定在期望位置。此外,在平台长期使用过程中,不同的负载大小、不同温度下的运行环境、长期使用所造成的部件磨损等,都将导致光电平台系统参数的变动,影响一些包含系统参数的控制器设计。惯性稳定平台作为机载光电平台的主要结构,提高惯性稳定平台的抗干扰能力以及控制中的自适应能力在研究机载光电平台技术中显得尤为关键。本文主要对惯性稳定平台的扰动补偿-自适应鲁棒复合策略进行深入研究:首先以下三角系统为研究对象,针对这类系统的输入输出约束问题中自适应鲁棒方法进行了相应的改进;然后以下三角系统的二阶运动系统为例,研究了扰动观测器-自适应鲁棒控制方法;接着将二阶运动系统具体化为惯性稳定平台系统,并结合扰动观测器和光滑摩擦力模型,对该类平台的惯性稳定和轨迹跟踪两方面进行了研究;最后针对平台实际应用中的耦合与时延问题进行了讨论。本文的主要研究内容如下:1)考虑实际控制系统中,可能存在的输入饱和和输出约束问题,研究了输入饱和和输出约束条件下的自适应鲁棒控制方法。我们采用辅助状态变量系统进行自适应鲁棒控制律设计并进行相关稳定性分析。改进的控制律在系统输入端发生饱和时,可以有效补偿饱和现象。此外,我们对输出约束的自适应鲁棒控制问题进行了研究,采用障碍李雅普诺夫函数法设计了输出约束下的自适应鲁棒控制并进行了控制器特性分析。最后,我们提出两种约束下的自适应鲁棒控制方法。2)研究了以电机为执行机构的二阶运动系统中位置控制和速度控制问题。针对电机系统中参数的不确定、输入端外部扰动的存在等问题,本文提出了具有参数自适应能力、扰动估计与抑制能力的扩张扰动观测补偿-自适应鲁棒控制方法。通过分析,我们证明该控制方法实现了控制对象的一致最终有界性。另外,我们通过采用饱和函数的近似来重新设计了扰动观测器,实现所提复合控制方法在输入饱和约束下的应用。通过数值仿真,参数估计、扰动估计,输出跟踪情况均得到了验证。3)研究了单俯仰稳定框架的稳定控制。本文首先提出基于光滑摩擦近似模型的鲁棒积分稳定控制方法,实现对摩擦的补偿和系统的稳定控制。然后,通过引入扩张扰动观测器,进一步提高复合控制器的性能。通过仿真分析和实验验证,所提方法在对惯性稳定平台的稳定控制上具有较好的性能。4)分析双轴惯性稳定平台的控制问题。文中主要分析了俯仰-偏航两框架的动力学特性。通过扰动估计与补偿的方式,我们实现了两轴惯性稳定平台的解耦控制和自适应鲁棒稳定控制。另外,针对惯性稳定平台以图像跟踪系统为传感器信息来源时的时延和扰动问题,我们提出了双扰动观测补偿跟踪控制方法,并实现传感器大时延和输入外扰动并存下的稳定跟踪控制。
胡忠辉[10]2013年在《船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究》文中进行了进一步梳理船舶运动具有本质非线性、模型不确定、干扰难以精确测量等特点，所以船舶运动控制属于典型的非线性系统控制理论的研究范畴。此外，船舶运动控制的执行机构具有饱和、死区、迟滞等一系列的硬非线性特性，需要在控制器设计时考虑这些影响。船舶运动控制是船舶自动化的核心，直接关系到船舶航行的操纵性、经济性，航行的安全性和舰艇的战斗力，基于不确定性非线性数学模型设计航向控制器并在设计中考虑执行器非线性特性是有必要的，具有较重要的理论价值和现实意义。为此，本文系统的分析了船舶航向控制的特点，基于无源理论研究了海浪滤波问题，基于反步控制方法研究了船舶航向运动的非线性自适应控制和非线性鲁棒优化控制等问题，具体研究内容如下：第一，为实现船舶航向运动的状态重构和海浪滤波，基于无源理论设计了船舶航向运动非线性观测器。首先给出了带有海浪扰动成形滤波器的船舶航向运动系统模型、状态观测器和估计误差系统的非线性方程，进而通过对估计误差系统无源化得到状态观测器的参数设计方法。为适应不同海况和航行条件，应用递推最小二乘方法对海浪扰动频率进行在线辨识以实现这种无源状态观测器参数的自动调整。最后利用一单螺旋桨集装箱船的四自由度模型进行仿真，结果表明这种基于无源理论的状态观测器能较好的实现海浪滤波和状态重构。第二，针对船舶航向运动的非线性、参数不确定性问题，设计了船舶自适应反步控制器，并综合前文提出的无源状态观测器，给出了输出反馈控制算法。为了补偿常值稳态误差和应对未建模动态、参数不准确性的影响，在反步和自适应反步控制中引入积分作用，然后参照PID控制给出了反步控制器的参数调整方法。综合第3章给出的无源状态观测器和反步控制及自适应反步控制方法，分别给出了船舶航向输出反馈控制器和自适应输出反馈控制器，并证明系统是输入-状态稳定的。最后我们引入了死区方法以避免自适应控制器的参数漂移。仿真结果表明，所提出的控制算法提高了控制性能，对船舶航向运动的不确定性参数具有良好的自适应性。第三，为考虑船舶舵机饱和特性问题，基于AWBT(anti-windup and bumpless transfer)控制思想提出了一种抗饱和反步控制方法。首先描述了船舶航向运动的抗饱和控制问题，并将此问题扩展为一类参数不确定非线性严格反馈系统的抗饱和反步控制问题。针对这类系统，我们分两步设计抗饱和反步控制器，先不考虑执行器饱和特性，利用自适应反步法设计非线性控制器，再在此基础上以执行器输入输出之差为输入设计抗饱和补偿器，将抗饱和补偿机制引入到控制器中。然后，将这种抗饱和反步控制方法应用于船舶航向运动控制，降低了舵机饱和对系统稳定性和控制性能的影响。仿真结果表明，船舶航向反步控制中引入抗饱和补偿器，可有效降低系统能耗、提高控制性能。第四，基于Norrbin模型，综合考虑了加入状态观测器所带来的观测误差和船舶运动的模型参数不确定性等因素，为实现船舶航向运动的非线性优化控制，引入了一种基于反步法的非线性H_∞优化控制方法。首先对带有状态观测器的船舶航向控制问题进行了分析，给出了控制的局部和全局优化性能指标。然后将问题归结为一类典型非线性严格反馈系统的H_∞优化控制问题，利用反步法将这类系统进行转化，并采用逆优化方法进行求解，设计了满足H_∞干扰抑制的非线性优化控制器。然后基于这种方法设计了船舶航向非线性H_∞优化控制器。由仿真结果可以看出，与LQR方法相比较，非线性H_∞优化控制器具有更好的控制性能和鲁棒性。
参考文献：
[1]. 非线性系统动态面控制及其在伺服系统中的应用[D]. 孙国法. 北京理工大学. 2014
[2]. 一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制研究[D]. 殷传军. 南京信息工程大学. 2007
[3]. 线性时滞不确定性系统的滑模变结构控制[D]. 刘成菊. 青岛科技大学. 2007
[4]. 不确定性非线性系统控制方法研究[D]. 陈义. 西北工业大学. 2006
[5]. 几类不确定非线性系统的输出反馈自适应动态面控制研究[D]. 夏晓南. 扬州大学. 2016
[6]. 不确定非线性系统的自适应滑模控制及应用研究[D]. 张元涛. 重庆大学. 2011
[7]. 基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制研究[D]. 杨帆. 南京理工大学. 2012
[8]. 不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究[D]. 叶锦华. 华南理工大学. 2013
[9]. 惯性稳定平台的自适应鲁棒控制研究[D]. 杨焱煜. 中国科学技术大学. 2017
[10]. 船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D]. 胡忠辉. 哈尔滨工程大学. 2013
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