检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：楼顺天西北工业大学

学位级别：博士

论文研究了基于神经网络的非线性系统自适应控制及其在导弹控制和雷达伺服系统控制中的应用,并进行了大量的仿真验证.论文的主要工作和创造性成果为:1.对于一般的非线性系统,提出了线性+神经和PID+神经两种混合自适应控制方案;2.对于可... 详细信息

论文研究了基于神经网络的非线性系统自适应控制及其在导弹控制和雷达伺服系统控制中的应用,并进行了大量的仿真验证.论文的主要工作和创造性成果为:1.对于一般的非线性系统,提出了线性+神经和PID+神经两种混合自适应控制方案;2.对于可线性化的一类仿射非线性系统,在存在未知非线性函数或不确定性的情况下,提出了基于神经网络的反馈线性化设计方法;3.对于通过积分器回代的一类仿射非线性系统,在存在未知非线性函数或不确定性的情况下,提出了基于神经网络的自适应回代设计方法;4.对于线性参数神经网络实现时规模庞大的问题,提出了网络节点的催眠/唤醒(激活)技术,使动态网络的规模降低到最小;5.设计出反馈线性化控制器,构成了基于神经网络反馈线性化技术的导弹自动驾驶仪;6.对于雷达伺服系统这样包含有各种非线性因素的复杂系统.(1)设计出自适应回代控制器,构成了基于神经网络自适应回代技术的雷达伺服控制系统;(2)设计出反馈线性化控制器,构成了基于神经网络线性化技术的雷达伺服控制系统.仿真研究验证了基于神经网络的自适应回代与基于神经网络的反馈线性化设计方法的有效性.

关键词：神经网络控制自适应控制不确定非线性系统反馈线性化自适应回代导弹自动驾驶仪雷达伺服控制系统

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非线性系统鲁棒控制及其在力控鳍中的应用

非线性系统鲁棒控制及其在力控鳍中的应用

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作者：张晓宇哈尔滨工程大学

学位级别：博士

严格说来，几乎所有的实际系统都是非线性系统，在这些系统中，被控对象又不可避免地存在各种各样的不确定性，因此，我们只能基于近似描述对象的标称数学模型来设计控制系统，同时考虑系统的预期设计品质不会因为不确定性的存在而遭到... 详细信息

严格说来，几乎所有的实际系统都是非线性系统，在这些系统中，被控对象又不可避免地存在各种各样的不确定性，因此，我们只能基于近似描述对象的标称数学模型来设计控制系统，同时考虑系统的预期设计品质不会因为不确定性的存在而遭到破坏，即不确定系统的鲁棒控制问题。本文研究了不确定非线性系统的鲁棒控制问题，以Lyapunov稳定性理论、非线性系统几何理论、耗散理论等为基础，对非线性系统的鲁棒H∞控制、非线性系统的鲁棒H∞可靠控制进行了深入的研究，针对几类典型非线性系统，提出了相应的鲁棒控制方法，对于升力控制减摇鳍系统（本文中简称为力控鳍系统），考虑船舶运动的线性模型、非线性模型和非线性耦合运动模型，提出了相应的控制方法。首先，研究了范数有界型不确定非线性系统鲁棒H∞控制问题，基于Hamilton-Jacobi-Issacs不等式（HJI），给出了闭环系统渐近稳定且L2-增益有限的状态反馈和输出反馈设计算法。考虑求解HJI的困难性，针对不确定非线性系统，通过适当地选择Lyapunov函数，提出了求解非线性系统鲁棒H∞控制问题的算法，可以避免求解HJI。其次，详细地研究了具有冗余执行机构的不确定非线性系统的鲁棒H∞可靠控制问题，分状态反馈和输出反馈两种情况，基于HJI，得到了不确定非线性系统的鲁棒H∞可靠控制问题可解的充分条件及相应的控制器设计算法。考虑到时间延迟问题广泛存在于实际系统中，因此，针对一类时滞不确定非线性系统，考虑系统的状态是不可测或者是不完全可测的，设计了基于状态观测器的线性无记忆观测状态反馈控制器，使得故障闭环系统对于任何容许的不确定性和给定执行器集合中任意执行器失效是二次稳定的且对于系统扰动H∞范数有界。再次，针对不确定性不满足匹配条件的非线性系统，基于Lyapunov法，提出了一种针对匹配不确定性和不匹配不确定性分别进行补偿的鲁棒控制器，该控制器是光滑的，没有范数项，计算简单，并且根据仿真实例，说明了该控制方法是可行的。对于一类可变换为参数严格反馈形式的不确定非线哈尔滨工程大学博士学位论文性系统，基于微分几何的反馈线性化理论，利用BackstCpping后推设计，设计了具有人－增益的鲁棒自适应控制器，并用仿真实例验证了这一算法的可行性。考虑到一般情况下，求解HJI是非常困难的，并且也只能得到近似解，因此，在系统设计时，针对具体非线性系统的特殊结构以求解Hfl是系统设计的一种行之有效的方法，基于以上考虑，对一类具有广泛工程背景的非线性系统，提出了一种求解Hfl的有效方法，便于实际应用。最后，从波能谱的角度，研究随机海浪的仿真问题，给出了船舶横摇仿真中需要的随机海浪有效波倾角的仿真方法。建立了船舶线性横摇的数学模型，考虑到控制受限等问题，分别基于H。控制的DG盯法（状态空间法）和 LMi法（Linear Matrix Inequality）设计了这一线性模型的鲁棒控制器，并进行了仿真验证。建立了船舶运动的非线性数学模型，考虑力控鳍系统，基于人－增益，设计了鲁棒自适应控制器。建立了船舶耦合运动的非线性数学模型，根据奇异摄动理论，考虑系统内的时标分解问题，将这一模型最终解耦为单自由度非线性运动模型，并设计了鲁棒滑模控制器，证明了横摇控制器完全可以实现复合控制器的要求，而且也证明了这一控制算法具有鲁棒性。

关键词：不确定非线性系统鲁棒控制 Lyapunov方法 HJI不等式力控鳍

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非线性系统全局鲁棒自适应输出调节及其应用

非线性系统全局鲁棒自适应输出调节及其应用

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作者：蒋沅山东大学

学位级别：博士

在系统受到不确定性和外部非期望信号干扰下,设计一个反馈控制器,在保持闭环系统稳定的同时,实现系统输出渐近地跟踪一类预先给定的外部参考信号并抑制扰动输入,是控制理论中的一个非常重要问题。当外部参考信号和外部干扰输入信号是由... 详细信息

在系统受到不确定性和外部非期望信号干扰下,设计一个反馈控制器,在保持闭环系统稳定的同时,实现系统输出渐近地跟踪一类预先给定的外部参考信号并抑制扰动输入,是控制理论中的一个非常重要问题。当外部参考信号和外部干扰输入信号是由同一个被称为外部系统的自治微分方程产生时,这个问题被称作伺服控制问题,也称为输出调节问题。近年来国内外众多学者对输出调节问题,特别是非线性输出调节问题进行了深入的研究,其研究内容从确定系统的输出调节问题深入到不确定系统的鲁棒输出调节问题,再进一步扩展到外部信号(参考信号和扰动信号)未知的输出调节问题。但是,当考虑被控对象的鲁棒性时,这些研究工作主要关注的是在外部系统是线性中性稳定下的情况,即在鲁棒输出调节问题中的外部信号只能是常值和有限个正弦或者余弦信号的组合,而对外部系统是非线性的情况,并没有得到很好的关注。而许多工程系统,例如：涡轮机、发电机、电力柔性结构、通信电路等容易受到由非线性外部系统产生的振荡输入或者扰动的影响。系统输出受此类振荡输入信号影响被称为非谐波强迫振动,非谐波强迫振动会对工程系统产生一些不良的影响,例如噪音、疲劳、降低精度和耐用性、降低可靠性和不定时的关闭。因此,减少或者消去由非线性外部系统所产生的有害振荡对于系统的稳定性至关重要。本论文主要研究外部系统是非线性情况下的全局干扰抑制和全局鲁棒输出调节问题。第一部分旨在对非线性系统全局鲁棒输出调节问题中所能允许的外部信号做一些拓展性研究；第二部分则给出了输出调节问题在一些实际问题中的应用研究。论文研究的主要内容有：第一章,对当前输出调节理论的发展状况进行了分析、归纳和总结,说明了本文研究的主要内容。第二章,介绍了论文涉及到的基础概念和主要理论,包括Lyapunov稳定性概念及稳定性定理,自适应控制设计工具,非线性输出调节理论的基础性工作及系统浸入的概念和性质。第三章,研究了一类仿射非线性系统在非线性外部系统作用下的全局干扰抑制问题,给出了新的非线性内模和状态反馈调节器的设计,保证了闭环系统状态渐近趋于零。同时以带不确定参数的Van der Pol电路为例,仿真结果表明了所提出的干扰抑制算法的有效性,并且验证了所设计的状态反馈调节器具有鲁棒性。特别地,本章首次对Duffing混沌振动系统设计了一个非线性内模和状态反馈调节器,并且用仿真结果验证了所提出的干扰抑制算法可以完全抑制混沌干扰信号输入。第四章,基于拓展的稳态发生器和内模定义,把Chen和Huang的工作推广至非线性外部系统作用下的仿射非线性系统全局干扰抑制问题的情形,设计了新的非线性内模和状态反馈调节器。本章以经典的Van der Pol振子为例,仿真结果验证了所提出的干扰抑制算法的有效性。第五章,研究了一类扩展输出反馈系统在非线性外部系统作用下的全局干扰抑制问题,给出了新的非线性内模和自适应输出反馈调节器的设计,并且对于系统中含有的未知线性不确定参数,设计了新的自适应律,保证了闭环系统输出渐近趋于零。同时以带不确定参数的Van der Pol电路为例,仿真结果表明了所提出的干扰抑制算法的有效性,并且验证了所设计的自适应输出反馈调节器具有鲁棒性。特别地,本章首次对Duffing混沌振动系统设计了一个非线性内模和输出反馈调节器,并且用仿真结果验证了所提出的干扰抑制算法可以完全抑制混沌干扰信号输入。第六章,基于拓展的稳态发生器和内模定义,把Chen和Huang工作推广至非线性外部系统作用下的一类扩展输出反馈系统的全局干扰抑制问题,设计了新的非线性内模和自适应输出反馈调节器。本章以经典的Van der Pol振子为例进行仿真,仿真结果验证了所提出的干扰抑制算法的有效性。第七章,研究了基于内模原理的外界电场激励下Modified FitzHugh-Nagumo(MFHN)神经元模型混沌鲁棒控制问题。对于给定的一类外界激励电流F(t)=(A/σ)cos(σt),其中外激强度A和外激频率σ是未知的,也就是说,在这个问题中,外界激励电流信号是未知的。本章首先研究了一类不确定非线性输出反馈系统在外部系统含不确定性的情况下的全局鲁棒自适应输出调节问题。然后,把在外界激励电流作用下的MFHN神经元模型的混沌鲁棒控制问题转化为输出反馈系统的鲁棒输出调节问题,并且设计了非线性自适应内模和自适应输出反馈控制器,解决了受控MFHN神经元模型的混沌鲁棒控制问题。仿真结果说明了所提出的算法的有效性,并且验证了所设计的反馈调节器具有鲁棒性。第八章,研究了Modified FitzHugh-Nagumo(MFHN)神经元模型在一类非线性振子激励下的混沌鲁棒控制问题。首先,研究了一类不确定非线性输出反馈系统在非线性外部系统作用下的全局鲁

关键词：不确定非线性系统干扰抑制输出调节内模原理鲁棒控制自适应控制

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具有约束的不确定非线性时滞系统控制研究

具有约束的不确定非线性时滞系统控制研究

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作者：许甜华南理工大学

学位级别：博士

非线性和不确定性广泛存在于现实系统中。由于物理限制和安全需要,实际工程系统普遍会受到约束的限制。另外,在实际工程应用中,信息的接收和传递通常存在时滞现象。如果在设计控制器时不考虑约束和时滞对系统的影响,不仅可能会导致系统... 详细信息

非线性和不确定性广泛存在于现实系统中。由于物理限制和安全需要,实际工程系统普遍会受到约束的限制。另外,在实际工程应用中,信息的接收和传递通常存在时滞现象。如果在设计控制器时不考虑约束和时滞对系统的影响,不仅可能会导致系统性能的下降,甚至可能会导致系统的不稳定,造成系统无法运行。虽然不确定非线性系统的控制问题取得了丰富的研究成果,但是现有大部分研究成果需要较强的假设条件,且约束和时滞的同时存在也给相关的控制设计及分析带来了一定的困难和挑战,还有许多问题亟待研究。因此,本文以具有约束的不确定非线性时滞系统为研究对象,以反步法和神经网络为核心,结合障碍Lyapunov函数(Barrier Lyapunov Function,BLF)、Lyapunov-Krasovskii泛函、命令滤波器、有限覆盖引理等理论,围绕自适应控制和有限时间控制展开研究。全文主要研究内容包括:1.针对具有对称状态约束的严格反馈时滞系统,提出了自适应神经网络跟踪控制设计方法。首先,针对控制方向已知的常时滞系统,利用径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络逼近不确定非线性函数。结合对称时变BLF和Lyapunov-Krasovskii泛函,在反步法设计中同时解决了对称时变状态约束和时滞问题,并设计了自适应神经网络跟踪控制器。在此基础上,针对控制方向未知的变时滞系统,构造了新的Lyapunov-Krasovskii函数,结合Nussbaum函数,设计了自适应神经网络跟踪控制算法。与传统的自适应反步法相比,设计的控制算法不仅放松了对系统不确定性的匹配条件、线性增长条件的限制,而且避免了可参数化条件的要求。在设计的控制方案中,神经网络仅需更新权值向量的模,在一定程度上减轻了计算负担。通过Lyapunov稳定性分析,证明了闭环系统所有信号是一致最终有界的,在系统实现跟踪目标的同时所有状态都保持在约束范围内。最后,通过数值算例验证了所提控制算法的有效性。2.针对非对称时变状态和输入约束下不确定非线性时滞系统,提出了自适应鲁棒跟踪控制算法。首先,针对控制方向已知的严格反馈常时滞系统,引进命令滤波器并设计了滤波误差补偿系统,解决了反步法中对虚拟控制器反复求导带来的计算膨胀问题。使用双曲正切函数来逼近不光滑的对称饱和非线性函数,并设计辅助系统补偿饱和约束对系统输入的影响。结合非对称时变BLF和Lyapunov-Krasovskii泛函,设计了自适应鲁棒跟踪控制器。其次,采用RBF神经网络和Nussbaum函数,进一步研究了控制方向未知的非严格反馈变时滞系统的自适应鲁棒跟踪控制问题,并给出了稳定性分析。通过更新神经网络权值向量模的最大值,整个设计过程仅需在线更新一个自适应参数,减轻了计算负担。最后,以数值算例和摆平衡系统为研究对象,通过仿真实验验证了所设计控制算法的有效性。3.针对非对称时变状态和输入约束下不确定非线性变时滞系统,提出了有限时间跟踪控制方案。首先,针对约束下的非线性变时滞系统,基于非对称时变BLF,结合RBF神经网络和有限覆盖引理,充分利用了时滞信息,设计了需要可行性条件的有限时间跟踪控制算法。在此基础上,构造了非线性状态依赖函数(Nonlinear State-Dependent Function,NSDF)来直接处理状态约束问题,避免了 BLF将状态约束转化为误差约束带来的虚拟控制器需要满足的可行性条件,结合命令滤波器针对非线性变时滞系统设计了无需可行性条件的有限时间跟踪控制算法。所设计的控制算法不仅去除了Lyapunov-Krasovskii泛函法中时滞导数小于1的假设,能有效地处理快变时滞,而且可以保证在满足约束的情况下实现有限时间的目标跟踪。最后,以数值算例及带有循环流和扰动的两级化学反应釜系统为研究对象,通过仿真实验来验证所提控制方案的有效性。4.针对延时状态约束和输入约束下不确定非线性时滞系统,提出了有限时间跟踪控制方法。首先,针对严格反馈时滞系统,设计了一种新的转移函数,结合状态变换,构造了新的NSDF,在无需可行性条件的前提下解决了延时状态约束问题,利用RBF神经网络和有限覆盖引理设计了有限时间跟踪控制算法。其次,针对纯反馈时滞系统,通过系统坐标变换将纯反馈时滞系统转化为严格反馈形式,然后按照严格反馈时滞系统进行控制设计,克服了非仿射项给控制设计带来的困难,基于反步法,采用命令滤波器设计了有限时间跟踪控制算法。所设计的控制方法不仅能保证所有状态在初始值未知情况下满足延时约束的要求,而且实现了有限时间的目标跟踪。最后,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。

关键词：不确定非线性系统约束控制时滞系统神经网络反步法

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不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用

不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用

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作者：杨盐生大连海事大学

学位级别：博士

本文对不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用问题进行了系统的研究。依据多年的船舶运动控制研究经验，本文作者认为该领域一直存在着三个尚未解决的问题：一是用于控制器设计的模型存在不确定性问题；二是船舶运动的非线性... 详细信息

本文对不确定系统的鲁棒控制及其在船舶运动控制中的应用问题进行了系统的研究。依据多年的船舶运动控制研究经验，本文作者认为该领域一直存在着三个尚未解决的问题：一是用于控制器设计的模型存在不确定性问题；二是船舶运动的非线性问题；三是执行机构问题。经大量研究发现不确定系统的鲁棒控制理论可能解决这些问题。因此，本文首先在鲁棒控制基础理论方面进行了全面、系统的研究，包括匹配不确定线性系统的鲁棒控制、不匹配不确定线性系统的鲁棒控制及不确定非线性系统的鲁棒控制，并将上述理论方法应用于船舶运动控制的航向自动舵设计和减摇鳍控制系统设计中。在匹配不确定线性系统的鲁棒控制方面，本文总结了一些现有的鲁棒控制算法，为船舶运动控制的实际应用奠定了基础。同时还提出利用标称模型的代数Rriccati方程的解构造滑动模态超平面的方法，进而给出了两种变结构鲁棒控制算法。该算法可以避免对系统进行正交变换，减少了设计过程中的复杂性。另外，针对现有的不确定系统鲁棒控制算法在状态空间中某个超平面上具有控制输出不连续的缺陷，提出了两个连续型鲁棒控制算法。在不匹配不确定线性系统的鲁棒控制方面，本文将系统的不确定项的界归纳为四种形式，对每种有界形式分别研究了基于代数Riccati型方程的鲁棒控制设计方法和H"。鲁棒控制设计方法。本文的突出工作是提出了针对不匹配不确定线性系统的三种变结构鲁棒控制设计方法，为研究船舶运动控制领域中执行机构的影响打下了基础。在不确定非线性系统的鲁棒控制方面，本文首先针对一类具有相对阶等于系统阶的系统，在鲁棒反馈线性化的基础上，采用极点配置法推导出三种状态反馈鲁棒控制算法，同时还提出了三种变结构鲁棒控制算法。其次考虑到不确定非线性系统中不确定项可能是结构未知的非线性函数，提出用模糊系统逼近不确定项函数的方案，进而采用极点配置法设计自适应鲁棒模糊控制算法。该算法的优点：一是降低了对被控制系统的了解程度；二是无论模糊系统取多少条规则，在线估算参数可归结为一个，减小了算法的计算量。最后针对研究具有执行机构的不确超憋性系统的需要，对一类推广匹配不确定非线性系统，提出了一个变结构鲁棒自适应控制算法。为便于船舶运动控制系统的性能检验，本文开发了一个高精度的船舶运动数学模型，该模型特别考虑了各种环境下（风、流兑浪、浅水等）作用在船舶上的外界干扰力和力矩。在此基础上，利用 Matlab的 Simulink具箱建立了仿真平台，为船舶运动酗系统的性能检验提供了良好的环境。针对船舶航行中船速、载况、外界于扰等时常变化，常规Pto 自动舵鲁棒性差、控制性能不理想的实际情况，本文将上述鲁棒控制理论应用于航向自动舵的设计中，提出了鲁棒Pto和鲁棒自适应Pto控制算法。同时考虑到船舶航向控制系统中不仅存在不确定性，还存在非线性，提出了一个具有积分功能的鲁棒控制算法和一个自适应鲁棒控制算法。船舶横摇运动对航行安全和船员的正常操作与生活具有一定的危害性，减摇鳍控制一直是船舶运动控制领域的重要研究课题。本文将上述理论应用于减摇鳍控制系统设计中，分别提出了变结构鲁棒控制算法、变结构自适应鲁棒控制算法和鲁棒自适应模糊控制算法。并系统地研究了执行机构对控制系统性能的影响，发现以往不考虑执行机构影响而设计的控制算法难以保证系统的稳定性。因此本文结合执行机构动态特性所构成不匹配不确定系统，提出了一个变结构鲁棒控制算法。该算法不受执行机构时间常数的影响，可以完全确保系统稳定。

关键词：鲁棒控制不确定线性系统不确定非线性系统变结构控制自适应控制模糊控制船舶运动数学模型船舶航向控制船舶减摇鳍控制

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非线性系统的滑模控制研究

非线性系统的滑模控制研究

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作者：王薇中国海洋大学

学位级别：博士

建立在微分几何理论基础上的非线性系统的解耦与静态反馈线性化控制,使得非线性系统的研究模式摆脱了局部线性化和小范围运动的限制,实现了系统的大范围分析和综合。但是,微分几何控制必须依赖于系统的精确数学模型,而实际的控制系统往... 详细信息

建立在微分几何理论基础上的非线性系统的解耦与静态反馈线性化控制,使得非线性系统的研究模式摆脱了局部线性化和小范围运动的限制,实现了系统的大范围分析和综合。但是,微分几何控制必须依赖于系统的精确数学模型,而实际的控制系统往往受到时滞,参数不确定性以及外部扰动的影响,这为系统的分析与设计带来很大的困难。本文深入研究了非线性系统滑模控制理论,利用变结构控制的滑动模态对于参数摄动以及外部扰动的鲁棒特性,与微分几何理论相结合,既提高了系统的鲁棒性,又解决了非线性系统滑模面不易构造的难题。本文提出的控制策略减弱了非线性系统滑模控制相关文献中对于系统数学模型以及不确定性的严格限制条件。此外,由于滑模控制系统的强鲁棒性只是存在于系统的滑动模态上,而其趋进模态的鲁棒性差一直是无法忽视的问题。本文提出了利用动态控制参数进行补偿,动态的控制参数不但用于削弱抖振的影响,还用于补偿参数摄动对系统趋近模态的影响。实际系统中普遍存在的非线性时滞系统由于其双重复杂性,相关的控制理论研究进行的很少。鉴于控制应用的实际需要,本文分别利用精确线性化理论与滑模控制策略针对非线性时滞系统进行解耦控制。文中提出了系统可解耦的充分条件,并比较了两种方法对于数学模型的限制条件以及各自闭环系统的鲁棒性。不确定非线性系统的鲁棒控制研究一直深受重视,由于鲁棒控制理论的实质是在牺牲一定的性能指标的前提下,提高了系统的鲁棒性。这种鲁棒控制策略常常限制了闭环系统的带宽,因而降低了系统的跟踪性能与抗干扰性。滑模控制是提高系统鲁棒性的有效方法,但是由于非线性系统的滑模面的构造相当困难,因而限制了滑模控制在非线性系统控制中的应用。本文深入研究了非线性系统的滑

关键词：不确定非线性系统微分几何理论输出滑模控制非最小相位系统自治式潜水器

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控制方向未知的非线性系统自适应模糊滑模控制

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华中师范大学学报（自然科学版） 2013年第1期47卷 31-35,46页

作者：吕辉刘恒向伟淮南师范学院数学与计算科学系安徽淮南232038

针对一类带有未知外部扰动及控制方向的不确定非线性系统设计自适应模糊滑模控制器,利用Nussbaum函数估计系统未知的控制方向.模糊系统的输入为跟踪误差而不是系统状态向量,这样能提升控制器对误差变化的灵敏度.基于Lyapunov稳定性理论... 详细信息

针对一类带有未知外部扰动及控制方向的不确定非线性系统设计自适应模糊滑模控制器,利用Nussbaum函数估计系统未知的控制方向.模糊系统的输入为跟踪误差而不是系统状态向量,这样能提升控制器对误差变化的灵敏度.基于Lyapunov稳定性理论设计系统可调参数的自适应规则,该控制器能保证闭环系统稳定性并且跟踪误差及其各阶导数渐近趋于原点.数值仿真的结果也验证了该方法的有效性.

关键词：不确定非线性系统自适应模糊控制滑模控制 Nussbaum函数

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非线性系统的鲁棒控制理论及其应用

非线性系统的鲁棒控制理论及其应用

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作者：贾秋玲西北工业大学

学位级别：博士

近年来，非线性H∞控制问题备受关注，取得了一系列重要成果，但是仍然有许多工作需要深入去做，相关的理论需要改进，已有的结果也亟待创造性地运用。本论文从耗散系统原理的角度对非线性H∞控制理论进行了总结和补充，籍此研究了... 详细信息

近年来，非线性H∞控制问题备受关注，取得了一系列重要成果，但是仍然有许多工作需要深入去做，相关的理论需要改进，已有的结果也亟待创造性地运用。本论文从耗散系统原理的角度对非线性H∞控制理论进行了总结和补充，籍此研究了不确定非线性系统，特别是多时滞非线性系统的H∞控制问题以及与H∞控制相关的其他问题，取得了如下成果： 1．探讨了仅存在状态摄动的不确定非线性系统的鲁棒H∞控制问题，给出了此类系统的状态反馈、输出反馈以及基于观测器的输出反馈的H∞控制问题有解的充分条件和控制器的设计方法；在此基础上，进一步探讨了同时含有状态摄动和状态导数摄动的不确定非线性系统的鲁棒性能准则设计问题。 2．运用H∞控制原理研究了多时滞非线性系统的干扰抑制问题，得出了状态反馈和输出反馈控制器的设计方法。特别地，利用线性矩阵不等式方法设计了该类系统的输出反馈控制器，并给出了此类控制器各参数矩阵的计算方法；将H∞控制原理和自适应设计原理相结合，给出了一类多时滞非线性系统的自适应鲁棒控制和自适应H∞控制设计。 3．将H∞控制理论应用到非线性系统的模型简化问题、输出跟踪问题和滤波问题中。探讨了多时滞非线性系统的H∞模型简化问题，将高阶的不确定多时滞非线性系统分别简化为低阶的线性时滞系统、低阶的线性系统甚至简单的零阶输入输出映射；应用H∞控制理论解决了受扰非线性系统的输出跟踪问题，给出了分析此类问题的一般方法；总结并说明了H∞滤波问题可解的充分条件。 4．探讨了非线性系统混合H2／H∞控制问题可解的充分条件，并揭示了非线性系统H2控制、H∞控制以及混合H2／H∞控制问题之间的关系，给出了三者的统一表达式。 5．应用非线性H∞和H2／H∞控制理论解决了刚体姿态系统和机器人系统的H∞控制问题、干扰近似解耦问题等，验证了论文有关结论的合理性和有效性。

关键词：鲁棒镇定鲁棒H_∞控制不确定非线性系统多时滞系统干扰抑制模型简化 H_∞输出跟踪问题 H_∞滤波问题混合H2/H_∞控制

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输入受限非线性系统的自抗扰控制

输入受限非线性系统的自抗扰控制

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作者：于亮大连理工大学

学位级别：博士

在许多工业控制系统中,由于限制保护的需求或执行器物理结构的限制,控制输入的幅值和速率是受限的。受限的控制输入可能导致严重的系统性能衰减,甚至造成闭环系统不稳定。针对非线性被控对象,现有的输入受限控制算法往往基于被控对象模... 详细信息

在许多工业控制系统中,由于限制保护的需求或执行器物理结构的限制,控制输入的幅值和速率是受限的。受限的控制输入可能导致严重的系统性能衰减,甚至造成闭环系统不稳定。针对非线性被控对象,现有的输入受限控制算法往往基于被控对象模型,然而,许多被控对象的数学模型难以精确建立,比如包含了复杂的燃烧及转动动态的航空发动机转速模型。另一方面,大部分现有的方法只考虑了幅值限制而忽略了速率限制,而在诸如航空发动机的压气机等系统中,控制输入的速率饱和是造成系统性能衰减的重要因素。因此,针对输入幅值与速率受限的不确定非线性系统,设计一种鲁棒控制方法具有重要的理论意义和工程价值,而自抗扰控制技术为设计这样的鲁棒控制方法提供了有效的工具。此外,高度融合的计算机技术、通信网络和控制技术推动了工业制造的智能化,提高了生产与管理的效率。但是通信网络增加了系统的开放性,攻击者可以通过侵入通信网络对控制系统实施攻击,从而降低生产效率甚至造成安全事故。现有的安全控制方法主要针对输入非受限的线性系统,而在实际系统中,被控对象的动态往往是非线性的且控制输入是受限的。因此,研究输入受限非线性系统的安全控制问题对于构建智能工业控制系统具有重要意义。综上,本文的研究内容包含以下四个方面:针对输入幅值受限的不确定非线性系统,基于自抗扰控制技术设计一种抗幅值饱和鲁棒控制器。该控制器将内部扰动和外部扰动当作总扰动,并将总扰动扩张为系统新的状态。通过构建干扰观测器实现对总扰动的准确估计,并基于估计结果设计前馈补偿,从而抑制总扰动的影响。相比于经典的线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection controller,LADRC）,该控制器包含一个抗饱和补偿器,通过调节抗饱和增益,可以获得期望的抗饱和性能。基于李雅普诺夫稳定性理论,给出闭环系统局部渐近稳定性的条件,并进一步给出计算抗饱和增益的优化算法以最大化闭环系统的吸引域。针对输入幅值与速率受限的不确定非线性系统,基于自抗扰控制技术设计一种抗幅值与速率饱和鲁棒控制器。该控制器使用改进的扩张状态观测器（improved extended sate observer,IESO）估计总扰动和系统状态。相比于经典的LADRC中的扩张状态观测器（extended sate observer,ESO）,IESO包含一个抗饱和补偿器,这保证在幅值与速率饱和（magnitude and rate saturation,MRS）发生时,IESO仍然能够准确地估计总扰动和系统状态,并从理论上证明了IESO的观测误差的有界性。与此同时,该控制器保证闭环系统的局部渐近稳定性,并最小化外部扰动到系统性能输出的L2增益,从而抑制模型不确定性和外部扰动的影响。针对输入输出受限的不确定非线性系统,基于前述的抗幅值与速率饱和鲁棒控制器,设计一种输入输出受限自抗扰控制器。基于李雅普诺夫稳定性理论,给出闭环系统局部渐近稳定性的条件。与此同时,为了保证输出满足限制条件,定义初始状态的容许集,如果初始状态在该容许集内,那么输出轨迹将永远不会超过界限。进一步给出抗饱和增益的计算方法,所得到的抗饱和增益保证闭环系统的局部渐近稳定性并最大化初始状态的容许集。针对网络攻击下的输入幅值与速率受限非线性系统,研究安全控制问题。所考虑的攻击方式是对控制信号注入错误数据,安全控制的目的是保证闭环系统的输入到状态稳定性。为了实现这个目的,首先构建未知输入观测器来辨识攻击,进一步给出观测器增益的计算方法,所得到的观测器增益保证攻击辨识的结果是最优的或期望的。将攻击辨识结果作为前馈补偿信号,并基于前述的输入输出受限自抗扰控制器,构建保证闭环系统输入到状态稳定性的控制器。所设计的控制器不但能最小化攻击和噪声的影响,而且保证闭环系统在未发生MRS时是全局输入到状态稳定的,在发生MRS时是局部输入到状态稳定的。

关键词：不确定非线性系统自抗扰控制幅值与速率饱和输出受限安全控制

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不确定非线性多智能体系统的最优协同控制

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电光与控制 2018年第9期25卷 12-16,48页

作者：魏阿龙刘春生孙景亮南京航空航天大学自动化学院 211106

针对不确定非线性多智能体系统的最优协同控制问题,提出了基于辨识-评价结构的在线自适应最优控制方案。由于存在不确定性,针对每一个智能体,分别使用一个辨识神经网络用于估计多智能体系统的动态,以及一个评价神经网络用于近似耦合哈密... 详细信息

针对不确定非线性多智能体系统的最优协同控制问题,提出了基于辨识-评价结构的在线自适应最优控制方案。由于存在不确定性,针对每一个智能体,分别使用一个辨识神经网络用于估计多智能体系统的动态,以及一个评价神经网络用于近似耦合哈密顿-雅可比方程的解,继而导出最优协同控制律。基于辨识-评价结构,辨识神经网络和评价神经网络可以同步调整权值。通过李雅普诺夫(Lyapunov)直接法同时保证辨识神经网络和评价神经网络的权值误差一致最终有界,及闭环系统的稳定。最后通过仿真验证了所提方案的有效性。

关键词：最优控制不确定非线性系统多智能体系统协同控制

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