检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：刘卫振哈尔滨工业大学

学位级别：博士

现实的物理世界主要由牛顿定律、动量(矩)定理、拉格朗日方程、基尔霍夫定律等物理定律主宰,这使得众多系统的原始模型都是二阶的,而由这些模型复合起来的复杂模型自然是高阶的。因此,二阶和高阶系统是物理系统的自然表现形式。尽管大... 详细信息

现实的物理世界主要由牛顿定律、动量(矩)定理、拉格朗日方程、基尔霍夫定律等物理定律主宰,这使得众多系统的原始模型都是二阶的,而由这些模型复合起来的复杂模型自然是高阶的。因此,二阶和高阶系统是物理系统的自然表现形式。尽管大多数实际系统的模型是由二阶或高阶微分方程组成的,但这些模型经常被转换为一阶系统,并在一阶状态空间框架中进行设计,这就是所谓的一阶系统方法,也称为状态空间方法。虽然一阶状态空间方法对于推导状态响应和观测器设计更有效,但它对控制器设计的帮助不大。在实际应用中,由于非线性系统常常存在扰动、未建模动态或系统比较复杂使得难以知晓其全部动态等情况,使得模型总是存在不确定性。本研究针对一类具有不确定性的二阶和高阶严反馈系统,利用高阶全驱系统方法直接设计控制器,不需要将系统转化为一阶状态空间的形式,从而极大减少了反步法的步数。同时该直接设计的高阶反步法同一阶反步法类似,也存在着微分爆炸的现象,设计了高阶指令滤波反步法控制器来解决这一问题。针对系统存在参数不确定性、非线性动态不确定性以及两种不确定性同时存在的情况分别设计了相应的控制器。全文主要研究内容包括: 针对具有动态不确定性的二阶和高阶严反馈系统设计了高阶鲁棒指令滤波反步法控制器。尽管指令滤波反步法取得了丰硕的研究成果,但迄今为止其处理方式都是将物理模型转化为一阶状态空间形式,而忽略了其原始的在高阶微分方程下的全驱特性。针对存在动态不确定性的二阶和高阶严反馈系统所提出的高阶鲁棒指令滤波反步法控制器具有以下特点:通过融合高阶全驱系统方法和鲁棒指令滤波反步法技术,直接利用高阶系统固有的全驱特性构建了高阶鲁棒指令滤波反步法,该设计方法下的高阶子系统无需转换为一阶子系统,极大减少了反步法的步数,同时避免了对虚拟控制律反复求导带来的微分爆炸现象。针对上面所提的二阶和高阶鲁棒指令滤波反步法是根据一阶指令滤波反步法改进而来,其具有对虚拟控制律导数估计不够精确的问题,提出了一种基于高增益观测器的微分器来改善虚拟控制律的估计问题。高增益观测器作为微分器的形式与高阶全驱子系统的积分链形式具有结构相似性,因此基于高增益观测器的微分器是真正贴合于高阶下三角系统且用来解决反步法微分爆炸问题的全新方法。此外,通过调整基于高增益观测的微分器的相应参数,可以使得估计误差充分小。当高增益观测器的相关参数趋于无穷时,其估计误差将趋于零。最后,将所提的基于虚拟控制律各阶导数估计改善的设计方法应用到由直流电机驱动的单连杆机械臂的轨迹跟踪控制问题,仿真结果表明了所提改进方法的有效性。针对具有参数不确定性的二阶和高阶严反馈系统,通过高阶全驱系统理论设计了一类高阶自适应指令滤波反步法控制器。本研究提出的高阶自适应指令滤波反步法在组织结构上与高阶鲁棒指令滤波反步法有所不同,引入高阶滤波器来补偿跟踪误差所需的补偿信号。然而这些引入的动态导致了原有稳定性分析的框架不再适用,因为无法选择包含所有系统状态的Lyapunov函数。本研究也可以实现避免由于虚拟控制律反复求导带来的微分爆炸问题,同时也能通过基于高阶严反馈模型的直接设计来减少反步法的步数。另外,在理论上严格证明了在这两种情况下,所提出的高阶控制器下闭环系统状态最终一致有界,并且可以调整设计的参数使跟踪误差任意小。针对传统的自适应控制参数收敛到真实值需要回归向量满足持续激励条件,且持续激励通常无法在线验证的问题,通过巧妙融合并发学习、自适应指令滤波反步法和高阶全驱系统方法,构建了一种新型的基于并发学习的高阶自适应指令滤波反步法控制器。通常情况下,由于许多在线实时系统的外部参考输入是基于事件的并且未知其先验信息的,因此通常不可能在线监测信号是否满足持续激励。对于许多自适应控制应用,在实践中通常不能保证参数收敛。所提出的参数更新律的典型特征是只需要满足已经采集到的数据是线性不相关的且其数据组成矩阵的秩满足一定条件,这在很大程度上放宽了先前方法中所需的持续激励的要求。另外,在理论上严格证明了系统的收敛性,并且可以使用预先设计的参数使跟踪误差任意小。最后,给出了机电系统中的一个基准范例,以证明所提出方法的有效性和其在实际应用中的潜力。针对系统同时存在参数不确定性和动态不确定性的情况,设计了高阶鲁棒自适应指令滤波反步法控制器。另外,本研究同时考虑未知参数收敛到真实值的问题。与系统只存在参数不确定性相比,在具有参数不确定性的基础上系统受到动态不确定性时为参数估计带来了问题。其参数化模型受到摄动或者噪声干扰时,只存在参数不确定性方法所构建的避免使用高阶导数信息的方式将不再适用,本研究通过引入新的滤波变量来构建新的受扰动的参数化模型。另外,设计了鲁棒自适应控制律来实现轨迹跟踪控制,同时运用了并发学习的思想来构建参数更新律,使得系统参数能够收敛到其真实值。

关键词：高阶全驱系统方法不确定严反馈系统指令滤波反步法自适应控制并发学习鲁棒控制

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基于指令滤波反步法的再入飞行器姿态控制

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动力系统与控制 2017年第1期6卷 16-27页

作者：吉月辉周海亮天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室&天津理工大学自动化学院天津天津市计量监督检测科学研究院天津

针对再入飞行器,提出一类新型的简洁的指令滤波反步法,设计动态的状态反馈姿态控制器。所设计的指令滤波反步控制器中,构建积分滑模滤波器逼近虚拟控制输入及其导数,避免传统反步法中复杂的解析推导过程,解决传统反步法中“计算爆炸”... 详细信息

针对再入飞行器,提出一类新型的简洁的指令滤波反步法,设计动态的状态反馈姿态控制器。所设计的指令滤波反步控制器中,构建积分滑模滤波器逼近虚拟控制输入及其导数,避免传统反步法中复杂的解析推导过程,解决传统反步法中“计算爆炸”问题。在闭环系统中,采用输入状态稳定性和非线性小增益定理分析并保证闭环系统的稳定性和状态信号的有界性。最后,在仿真中验证了所提出姿态控制方法的有效性。

关键词：再入飞行器指令滤波反步法姿态控制

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四旋翼飞行器预定时间自适应轨迹跟踪控制

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控制理论与应用 2025年第3期42卷 601-608页

作者：朱官超崔国增马倩李泽苏州科技大学电子与信息工程学院江苏苏州215009 南京理工大学自动化学院江苏南京210094

针对具有外部扰动和动态不确定性的四旋翼飞行器,本文提出了基于指令滤波反步法的预定时间自适应轨迹跟踪控制方案.通过引入指令滤波和构建非光滑误差补偿机制,有效地解决了“复杂性爆炸”的问题,并且在预定的时间内移除了滤波误差对系... 详细信息

针对具有外部扰动和动态不确定性的四旋翼飞行器,本文提出了基于指令滤波反步法的预定时间自适应轨迹跟踪控制方案.通过引入指令滤波和构建非光滑误差补偿机制,有效地解决了“复杂性爆炸”的问题,并且在预定的时间内移除了滤波误差对系统性能的影响.所提出的预定时间自适应轨迹跟踪控制方案保证了闭环系统实际预定时间稳定,且闭环信号是预定时间有界的.通过调整控制参数,可以使得位置和姿态跟踪误差在预定的时间内收敛到原点附近的邻域内.最后,通过仿真算例验证了所提出的预定时间控制算法的有效性和优越性.

关键词：四旋翼飞行器预定时间控制指令滤波反步法

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考虑时变状态约束的永磁同步电动机随机系统指令滤波控制

考虑时变状态约束的永磁同步电动机随机系统指令滤波控制

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作者：张雨青岛大学

学位级别：硕士

永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其效率高、可靠性强等优势被广泛应用于轨道交通、机床加工等领域。然而,PMSM自身参数如电机转矩、绕组电阻会受到阻尼转矩、磁路饱和的干扰而发生变化,且系统性能易受外部... 详细信息

永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其效率高、可靠性强等优势被广泛应用于轨道交通、机床加工等领域。然而,PMSM自身参数如电机转矩、绕组电阻会受到阻尼转矩、磁路饱和的干扰而发生变化,且系统性能易受外部负载、环境温度、磁路饱和以及电压浪涌等随机扰动的影响。同时,在实际工程应用中,出于物理限制、特定性能要求以及安全考虑,PMSM的状态量例如角速度、定子电流以及系统控制输入电压常需满足一定的约束条件,且约束界限在某些特定场合下会随着时间的推移而发生变化。因此,相较于常值约束,时变约束控制更符合实际应用。为解决上述问题,本文围绕考虑随机扰动和时变约束的PMSM系统指令滤波位置跟踪控制展开研究,主要研究内容如下: (1)针对考虑时变状态约束的PMSM随机系统,提出了自适应指令滤波控制方案。首先,在控制器设计过程中选取对数型时变障碍Lyapunov函数来保证电流、转速等状态量不违反预设的时变约束条件。其次,在传统反步法中引入指令滤波技术克服了“计算爆炸”问题,并设计误差补偿信号补偿滤波误差,以避免误差对跟踪性能的影响。最后,通过仿真结果验证了该方案能够保证系统在满足时变约束条件的前提下具有良好的跟踪效果。 (2)考虑了输入饱和对系统性能的影响,提出了自适应指令滤波抗饱和控制方案。首先,引入光滑函数逼近饱和非线性输入,从而避免了输入饱和对系统产生的不利影响。其次,构造四阶对数型时变障碍Lyapunov函数来实现时变状态约束控制,利用模糊逻辑系统的逼近特性以及自适应技术来处理系统模型中的未知非线性函数。仿真和实验结果验证了该方案能够将控制输入以及系统状态限制在预定义的区域内,并实现良好的跟踪性能。 (3)在上述研究的基础上,为进一步提升系统的收敛性能,提出了固定时间指令滤波控制方案。首先,引入固定时间指令滤波器快速逼近虚拟控制律的导数。其次,基于指令滤波反步设计和固定时间理论,构造时变障碍Lyapunov函数和包含分数次幂项的虚拟控制信号以及真实控制律来防止系统状态违反时变约束条件,并确保闭环系统的固定时间收敛。最后,基于随机固定时间相关理论对闭环系统进行了稳定性分析。仿真和实验结果验证了该方案的有效性。

关键词：永磁同步电动机指令滤波反步法随机扰动时变障碍Lyapunov函数固定时间控制

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基于模糊逼近的异步电动机指令滤波离散控制

基于模糊逼近的异步电动机指令滤波离散控制

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作者：张加伟青岛大学

学位级别：硕士

异步电动机(Induction motor,IM)凭借其性能稳定、运行可靠、坚固耐用和维修方便等优势,被广泛应用于现代工农业生产和日常生活中。然而,IM是具有高阶、强耦合及多变量等特性的复杂控制对象,且容易受到参数变化、负载扰动等不确定性因... 详细信息

异步电动机(Induction motor,IM)凭借其性能稳定、运行可靠、坚固耐用和维修方便等优势,被广泛应用于现代工农业生产和日常生活中。然而,IM是具有高阶、强耦合及多变量等特性的复杂控制对象,且容易受到参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,传统的控制方案难以实现高精度的跟踪控制。同时,离散控制方法在可靠性和系统实现等方面相比连续控制方法具有一定优势,因此,采用离散控制方法直接进行控制器设计在数字计算机采样广泛普及的IM调速及位置跟踪控制系统中具有重要意义。此外,传统电机控制算法基于时间触发方式,控制器按周期运行,容易导致不必要的数据传输和在线重复计算。在一些特殊的应用场景,如使用遥控无人潜水器进行水下作业时,需要工作人员在水面进行远程遥控操作设备,其状态反馈和控制信号传输距离较远,周期性的信号传输易造成系统资源浪费。因此,提出有效的控制方案使IM离散系统能够取得良好的跟踪性能并节省系统资源具有重要研究意义。本文结合指令滤波反步法、模糊控制、观测器和事件触发机制提出了一种基于模糊逼近的IM指令滤波离散控制策略。主要研究成果如下:(1)针对IM离散系统,基于指令滤波和模糊控制技术,提出了事件触发离散控制方案。首先,指令滤波技术解决了虚拟控制函数反复差分造成的“因果矛盾”问题,同时引入补偿机制消除滤波误差,保证了系统控制精度。其次,利用模糊逻辑系统处理系统的未知非线性函数,降低了未知项对系统的影响;最后,在控制器与电机之间的信号传输通道构建事件触发机制,降低了控制器在线计算负担,节约了系统资源,有利于实际工程应用。从仿真对比和实验验证结果可以看出,提出的控制策略能够有效降低控制器更新次数且跟踪效果良好。(2)针对IM离散系统,研究了一种基于观测器的指令滤波模糊控制新策略。首先,设计降维观测器对转子角速度进行估计,提高了系统的可靠性;其次,通过双曲正切函数近似饱和函数,降低了电压饱和给系统带来的不利影响,提高了系统的稳定性。通过仿真与实验结果表明,提出的控制方法能够准确估计转子角速度值,避免电压饱和对系统的影响,达到良好的跟踪效果。(3)针对IM离散系统,研究了考虑输入饱和的事件触发指令滤波控制策略。通过设计事件触发条件,降低了系统状态反馈信号与控制器之间的传输频率,使控制器非周期性更新能够与系统的状态输入建立联系,同时考虑了电压饱和问题。通过仿真对比分析和实验验证,采用的事件触发机制能够减轻系统在线计算负担,节约系统资源且能够达到较好的跟踪性能。

关键词：异步电动机指令滤波反步法模糊控制事件触发机制离散控制

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多关节机械臂系统的指令滤波反步阻抗控制

多关节机械臂系统的指令滤波反步阻抗控制

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作者：林高荣青岛大学

学位级别：硕士

阻抗控制具有计算量较少,抗扰动能力强及易于进行力控制等优点,成为多关节机械臂力/位控制普遍运用的方法。然而,多关节机械臂是一个具有强耦合、模型参数难以精确获得和未知外部干扰多的高度非线性系统,面对这些问题设计有效的控制器... 详细信息

阻抗控制具有计算量较少,抗扰动能力强及易于进行力控制等优点,成为多关节机械臂力/位控制普遍运用的方法。然而,多关节机械臂是一个具有强耦合、模型参数难以精确获得和未知外部干扰多的高度非线性系统,面对这些问题设计有效的控制器使多关节机械臂系统在未知外部环境中获得较好的位置跟踪效果和保证不错的阻抗控制性能,从而避免多关节机械臂与接触对象产生较大的碰撞力而造成损坏,这是一项具有现实研究意义的工作。本文针对多关节机械臂系统中存在的模型参数难以精确获得和未知外部干扰等问题,将指令滤波技术、自适应神经网络控制技术、干扰观测器技术和有限时间控制技术与反步法相结合,逐步设计了多关节机械臂系统的自适应神经网络指令滤波反步阻抗控制方法、基于干扰观测器的自适应神经网络指令滤波阻抗控制方法和基于干扰观测器的神经网络有限时间指令滤波阻抗控制方法来保障多关节机械臂在与未知外部环境进行物理交互时有着较好的位置跟踪效果和阻抗控制性能,本文主要研究成果总结如下:1.针对多关节机械臂系统中存在模型参数难以精确获得问题,研究了多关节机械臂系统的自适应神经网络指令滤波反步阻抗控制策略。基于笛卡尔坐标系下的多关节机械臂系统动力学模型以反步法为设计方法构造阻抗控制器,并结合指令滤波技术解决了传统反步法设计过程中存在的“计算复杂性”和“奇异”问题,同时将滤波误差补偿机制引入到控制器设计中消除滤波误差造成的影响,然后自适应神经网络技术被用于处理多关节机械臂系统中的不确定非线性项。最终根据李雅普诺夫定理判定控制系统的稳定性,并且通过仿真实验验证了所设计的多关节机械臂系统自适应神经网络指令滤波反步阻抗控制策略的有效性。2.针对多关节机械臂系统中存在着未知外部干扰问题,研究了基于干扰观测器的自适应神经网络指令滤波阻抗控制策略。将干扰观测器和反步法相结合,使用干扰观测器估计外部未知干扰并且避免了多关节机械臂需要附加的力传感器来估计外部未知的扰动,降低了多关节机械臂应用成本。最终根据李雅普诺夫定理判定控制系统的稳定性,并且通过仿真实验验证该方法的有效性。仿真结果证明了基于干扰观测器的自适应神经网络指令滤波阻抗控制算法能够很好地估计多关节机械臂系统受到的未知外部干扰,从而提高了控制系统的跟踪精度,保障了多关节机械臂在受到未知外部干扰情况下与未知外部环境物理交互的安全性。3.为了保障多关节机械臂与未知外部环境接触的安全性需要确保多关节机械臂位置跟踪误差在有限时间内实现收敛,研究了基于干扰观测器的神经网络有限时间指令滤波阻抗控制策略。将有限时间指令滤波技术与反步法相结合,同时设计新的滤波误差补偿机制确保补偿信号在有限时间内收敛。接着将自适应神经网络阻抗控制与非线性干扰观测器相结合,用于解决多关节机械臂系统中的不确定非线性项和未知外部干扰的问题,同时引入有限时间控制使所设计的控制器能够使多关节机械臂位置跟踪误差在有限时间内实现收敛。最终根据李雅普诺夫定理判定控制系统的稳定性,并且通过仿真实验验证该方法的有效性及优越性。从仿真实验结论可以看出,所设计控制策略相较于所提出的其他控制有着更快的收敛速度和更小的控制精度。这有利于多关节机械臂更好地实现与未知外部环境的物理交互控制。

关键词：多关节机械臂阻抗控制指令滤波反步法自适应神经网络控制干扰观测器有限时间控制

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基于降维观测器的异步电动机离散指令滤波容错控制

基于降维观测器的异步电动机离散指令滤波容错控制

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作者：雷启鑫青岛大学

学位级别：硕士

异步电动机(Induction Motor,IM)凭借其性能可靠、运行高效、坚固耐用和造价低等优势,被广泛应用于伺服驱动系统和现代工农业生产中。然而,由于IM系统为具有多变量、强耦合、未知负载干扰和不确定参数等复杂特性的非线性对象,传统的控... 详细信息

异步电动机(Induction Motor,IM)凭借其性能可靠、运行高效、坚固耐用和造价低等优势,被广泛应用于伺服驱动系统和现代工农业生产中。然而,由于IM系统为具有多变量、强耦合、未知负载干扰和不确定参数等复杂特性的非线性对象,传统的控制方法诸如矢量控制、直接转矩控制等难以实现良好的动静态控制效果。同时随着数字计算机和微处理器的飞速发展,现有的工业生产控制算法多通过数字控制器进行采样控制,与连续控制方法相比,离散控制方法更易于描述实际控制问题。此外,在IM系统中恶劣工况、负载扰动和电网扰动等可能会使逆变器中的功率开关管损坏,导致逆变器输出电压畸变,影响电动机的各项性能指标甚至对设备及人身安全造成严重的损害。因此,针对IM离散系统研究一种故障发生后仍能保证预期位置跟踪性能的容错控制方法,成为亟待解决的问题。本文结合指令滤波反步法、离散控制、神经网络和观测器技术提出了考虑电压突降和偏置故障的IM离散容错控制方法。论文的主要研究成果如下:(1)针对一类单输入单输出非线性离散系统,基于指令滤波技术和神经网络控制,构建了考虑执行器故障的离散容错控制器。首先,结合指令滤波反步法和误差补偿信号,在避免“因果矛盾”的同时消除了指令滤波器造成的滤波误差影响,实现了更好的控制精度;其次,利用神经网络技术和自适应控制处理未知的失效因子和偏差故障函数;最后,构造Lyapunov函数并分析了系统的稳定性。(2)针对IM系统中因逆变器功率管开路导致的电压突降和偏置故障,设计了离散动态面容错控制方法。首先,使用欧拉公式建立考虑电压突降和偏置故障的IM系统离散模型;其次,通过动态面技术克服了“因果矛盾”和虚拟控制信号频繁差分所导致的“计算复杂性”问题;并利用自适应神经网络技术逼近含有电压突降系数和偏差故障函数的未知函数。仿真实验证明,在故障发生后所设计的离散动态面容错控制器仍可很好地实现预期的位置跟踪性能,抑制了电压突降和偏置故障对控制性能的不良影响。(3)本文进一步考虑IM系统因振动或湿度等因素造成的传感器精度下降和因成本受限无法安装速度传感器等情况,构建了基于降维观测器的离散指令滤波容错控制器。设计自适应观测器估计IM系统的转子角速度,节约了系统的成本,具有更广泛的工程应用价值。通过仿真对比实验,与动态面容错控制方法相比,所提出的指令滤波容错控制方法凭借误差补偿机制,更有效地克制了电压突降、偏置故障和负载扰动的影响,具有更强的鲁棒性,达到了更好的精度。

关键词：异步电动机指令滤波反步法容错控制降维观测器

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考虑输入饱和的永磁同步电动机指令滤波离散控制

考虑输入饱和的永磁同步电动机指令滤波离散控制

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作者：徐雨梦青岛大学

学位级别：硕士

永磁同步电动机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其运行高效、构造简单、使用寿命长等优势,在伺服驱动和工农业生产领域得到了广泛推广。然而,PMSM具有高阶数、非线性等复杂特征,并且易受外部扰动及参数不确定的影响,难以... 详细信息

永磁同步电动机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其运行高效、构造简单、使用寿命长等优势,在伺服驱动和工农业生产领域得到了广泛推广。然而,PMSM具有高阶数、非线性等复杂特征,并且易受外部扰动及参数不确定的影响,难以实现良好的动静态响应特性。此外,在PMSM驱动系统中电压超出一定范围会影响电机的控制性能,甚至能够烧毁电机以及出现安全问题。同时,随着计算机网络的迅速发展,数字计算机得到大量普及,大多数控制算法利用数字计算机采样,而离散系统相比于连续系统在计算机控制领域具有可实现性和稳定性,在描述实际问题方面更具优势。因此,通过考虑PMSM离散系统中的输入饱和问题,提出可行的控制方法并且对提高系统的位置跟踪性能具有重要的研究价值。本文结合离散控制、自适应模糊控制、指令滤波反步控制和事件触发机制,研究了考虑输入饱和的PMSM离散系统的跟踪控制问题。主要研究成果如下:(1)针对一类不确定非线性离散系统,研究了事件触发控制新策略。首先,利用指令滤波器处理了虚拟控制函数反复求差分环节,避免了“因果矛盾”和“计算复杂性”难题。同时,引入补偿机制消除了一阶滤波器产生的滤波误差,明显提高了系统控制精度。其次,在设计控制器的过程中,将模糊逻辑系统融入到算法中,处理了系统中存在的不确定非线性项。最后,利用事件触发机制避免了系统持续触发,减少了资源浪费,降低了计算量。(2)本文考虑PMSM电压饱和现象,设计了输入饱和控制器,实现了电机良好的控制性能。首先,考虑PMSM存在的饱和现象,结合分段函数把电压限制在一定的范围,提高了系统控制性能。其次,采用指令滤波技术来获得虚拟控制函数的差分,避免了复杂求差分过程,克服了“因果矛盾”问题,并且引入补偿技术消除了滤波器产生的误差。最后,仿真结果表明了本文所采用的方法能够处理输入饱和问题,以及系统具有较好的位置跟踪性能。同时,搭建了交流同步伺服快速原型实验平台进行实验分析,验证了提出方法的可行性。(3)本文进一步考虑PMSM离散系统中存在的自适应律和控制律频繁更新现象以及考虑输入饱和的情况下,研究了事件触发指令滤波位置跟踪控制新策略。采用事件触发机制减少了传感器和控制器之间信号持续传输,避免了自适应律持续更新,从而控制器不会频繁更新,降低了执行器磨损程度,增加了电机使用寿命。通过仿真分析,表明PMSM不仅具有较好的位置跟踪控制,而且采用事件触发机制降低了自适应律更新频率,减轻了计算负担,减少了资源浪费。

关键词：永磁同步电动机指令滤波反步法事件触发机制输入饱和离散控制

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时变状态约束随机系统的指令滤波事件触发输出反馈控制

时变状态约束随机系统的指令滤波事件触发输出反馈控制

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作者：司晨怡青岛大学

学位级别：硕士

在实际的工程应用中,被控系统往往具有复杂非线性、不确定性,并且通常会受到随机扰动的影响。同时,出于安全和特定性能考虑以及物理条件限制,系统需要在满足一定时变约束条件下稳定运行,这给控制器设计和分析带来了挑战。此外,传统的时... 详细信息

在实际的工程应用中,被控系统往往具有复杂非线性、不确定性,并且通常会受到随机扰动的影响。同时,出于安全和特定性能考虑以及物理条件限制,系统需要在满足一定时变约束条件下稳定运行,这给控制器设计和分析带来了挑战。此外,传统的时间触发控制策略由于在等间隔的时刻点上周期性地更新控制信号,会导致不必要的冗余信息被传输,进而造成有限网络资源的浪费。考虑到上述问题,本文围绕时变状态约束随机非线性系统的指令滤波事件触发输出反馈控制展开研究,研究成果如下: (1)针对具有时变对称状态约束的随机非线性系统,提出了指令滤波事件触发输出反馈控制方法。首先,构造模糊状态观测器估计了系统的不可测状态;其次,通过结合对称时变障碍Lyapunov函数(Time-Varying Barrier Lyapunov Function,TVBLF),指令滤波技术和误差补偿机制,解决了传统反步法中存在的“计算爆炸(Explosion of Complexity,EOC)”问题并且补偿了滤波误差,使被控系统在不违反时变对称约束的情况下具有更小的跟踪误差;最后,引入相对阈值事件触发机制节省通讯资源。仿真结果表明了所提出方法的有效性。 (2)针对具有时变非对称状态约束和输入饱和的随机非线性系统,提出了指令滤波事件触发输出反馈控制方法。首先,构造四阶非对称TVBLF将系统状态约束在时变非对称紧集中;其次,引入双曲正切函数逼近饱和非线性,从而获得光滑的系统输入。仿真结果说明了设计方法的可行性。 (3)针对具有时变非对称输出约束和输入饱和的随机非线性系统,提出了指令滤波事件触发有限时间输出反馈控制方法。首先,将有限时间控制(Finite-Time Control,FTC),非对称TVBLF和指令滤波反步法相结合,在保证系统输出不违反时变非对称约束的前提下提高的系统响应速度和跟踪精度;其次,设计了辅助系统来处理输入饱和的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：随机非线性系统指令滤波反步法事件触发控制模糊状态观测器时变障碍Lyapunov函数

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基于状态约束的异步电动机指令滤波跟踪控制

基于状态约束的异步电动机指令滤波跟踪控制

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作者：宋晨青岛大学

学位级别：硕士

异步电动机(Induction Motor,IM)以其性能可靠、结构简单、成本低等特点,在机器人、航空航天等工业领域得到了广泛应用。然而,由于IM动态模型是高度非线性和多变量的,要获得良好的控制性能是一个困难的任务。此外,在IM的跟踪控制中,电... 详细信息

异步电动机(Induction Motor,IM)以其性能可靠、结构简单、成本低等特点,在机器人、航空航天等工业领域得到了广泛应用。然而,由于IM动态模型是高度非线性和多变量的,要获得良好的控制性能是一个困难的任务。此外,在IM的跟踪控制中,电机的固有特性限制了电流、转速和转子角速度等状态变量。如果IM在运行过程中其状态或输出超出了限制范围,系统的性能可能会降低或损坏,甚至导致故障和安全问题。同时,提高系统的快速性和抗干扰性,满足更高的控制要求是十分重要的。因此,针对考虑状态约束的IM系统研究一种可以实现其快速高效的控制方法是迫切需要的。本文将指令滤波反步法、障碍Lyapunov函数、神经网络、有限时间控制和观测器技术相结合,提出了一种基于状态约束的异步电动机指令滤波跟踪控制策略。主要研究成果如下:针对不确定非线性受限系统,研究了一种基于指令滤波器逼近的有限时间控制新策略。首先,利用所提出的指令滤波器和一个神经网络处理系统中的未知非线性项和外部干扰。此外,将有限时间控制技术与障碍Lyapunov函数相结合,不仅确保了系统约束不被违反,而且保证了有限时间收敛。针对IM驱动系统,研究了一种基于状态约束和降阶观测器的自适应神经网络指令滤波控制新策略。首先,引入障碍Lyapunov函数用来保障IM驱动系统的转子位置等状态变量在给定的范围内运行。然后,利用自适应神经网络控制技术处理未知的参数和负载扰动,并且构建了降阶观测器来估计IM驱动系统的转子角速度。最后,采用指令滤波技术克服“计算复杂性”难题,并且将误差补偿机制与指令滤波反步法相结合,补偿系统的滤波误差。在考虑铁损和状态约束的基础上,研究了一种基于动态面控制的自适应有限时间控制新策略。考虑铁芯损耗对IM的影响,改善了系统的跟踪性能。此外,将动态面技术和有限时间控制技术相结合,解决“计算复杂性”问题的同时加快了系统的响应速度,实现快速有效跟踪。针对IM驱动系统,研究了一种基于指令滤波器逼近和状态约束的有限时间神经网络控制新策略。首先,使用指令滤波器和神经网络重构IM驱动系统中未知非线性的近似值,并应用凸优化技术构建神经网络权重的更新律。此外,引入障碍Lyapunov函数,确保系统状态变量在给定的限制范围内。最后,采用有限时间控制技术加快IM驱动系统的响应速度,实现对目标信号的快速有效跟踪。

关键词：异步电动机指令滤波反步法状态约束有限时间控制降阶观测器

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