检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：刘浩东青岛大学

学位级别：硕士

异步电动机(Induction Motor,IM)以其可靠的性能、简单的结构外加低廉的成本等特点,在诸多工农业领域得到了广泛的应用。但是,IM系统又是一个具有多变量、强耦合和高阶次的复杂被控对象,并且易受负载扰动的影响。因此,传统的控制策略难... 详细信息

异步电动机(Induction Motor,IM)以其可靠的性能、简单的结构外加低廉的成本等特点,在诸多工农业领域得到了广泛的应用。但是,IM系统又是一个具有多变量、强耦合和高阶次的复杂被控对象,并且易受负载扰动的影响。因此,传统的控制策略难以实现IM的高质量控制。另一方面在实际工程中,IM的转子位置、转子角速度、转子磁链等所有的电动机状态量不是恒定的,这些状态量会随着时间的推移而波动,所以其需要被约束在合理的安全范围内,否则电动机会出现安全和性能等方面的问题。同时现代工业对被控系统的精度、效率提出了更高的要求,而研究先进的控制策略从而实现对IM系统快速高效的控制正是现在所需要的。综上所述,针对具有时变状态约束的IM系统,研究高精度的控制策略并提高收敛速度,具有理论指导意义和工程应用价值。本文主要使用指令滤波反步设计方法、有限时间稳定性理论、时变非对称约束技术、模糊自适应技术和降阶观测器技术,提出了考虑时变约束的IM有限时间指令滤波控制新策略。文章的主要研究内容如下: (1)针对考虑时变输出约束的IM系统跟踪控制问题,设计了一种基于指令滤波器的有限时间控制方案。首先,使用指令滤波器对IM系统中所存在的未知非线性函数进行逼近,然后利用凸优化技术构建模糊逻辑系统权重的更新律。其次,引入了有限时间控制方法,构造了误差的分数次幂项,实现了跟踪误差的快速收敛。此外,使用障碍Lyapunov函数来约束IM系统的输出量,确保系统的输出限制在预定范围。最终,仿真及实验结果表明,所提出的方法可以实现对所需信号的快速有效跟踪以及输出量转子角位置的约束。 (2)考虑到实际生产控制中IM系统不只有输出状态量转子角位置,还有更多的状态量,例如转子角速度、转子磁链、定子电流等,从而进一步研究了IM系统的时变非对称全状态约束的控制问题。采用障碍Lyapunov函数对全状态量进行约束,从而使所有的状态量都能够约束在预定义的紧集内。结合有限时间技术、指令滤波技术和凸优化技术,设计了可以实现在不违反时变非对称全状态约束的前提下保证闭环系统稳定性的控制策略,并通过仿真平台验证控制算法的有效性,结果证明该控制方案能够实现良好的快速跟踪效果且所有状态量始终保持在预定义的紧集内。 (3)在上述研究基础上,针对机械式传感器无法安装或者灵敏度下降的情况,研究了一种基于观测器的IM有限时间指令滤波约束控制新策略。主要内容为设计了降阶观测器获取IM系统转子角速度的估计值,降低了硬件复杂度以及投入成本。并结合模糊自适应技术、有限时间控制理论、障碍Lyapunov函数以及具有误差补偿机制的指令滤波技术进行设计,通过仿真验证,证明了所提出的方法可以实现对期望信号的有效跟踪,并且所构建的降阶观测器可以对IM的角速度信号进行有效估计。

关键词：异步电动机指令滤波反步法时变约束有限时间控制降阶观测器

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输入受限下机器人关节神经网络自适应控制

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重庆大学学报 2023年第6期46卷 101-111页

作者：雷源李聪宋延奎李俊阳王森重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

针对机器人关节控制输入受限以及动力学模型中存在非线性摩擦、柔性变形和未知外部干扰力矩等问题,提出了一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的输入饱和指令滤波自适应控制方法。基于指令滤波反步法,采用饱和函数... 详细信息

针对机器人关节控制输入受限以及动力学模型中存在非线性摩擦、柔性变形和未知外部干扰力矩等问题,提出了一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的输入饱和指令滤波自适应控制方法。基于指令滤波反步法,采用饱和函数约束控制输入的幅值,使用RBF神经网络在线逼近未知干扰,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的所有误差最终一致有界。仿真结果表明,控制算法不仅使系统的控制输入幅值被严格约束在规定的范围之内,完成了对目标轨迹的高精度跟踪(跟踪误差约为±0.003 rad),而且还可抵抗外部阶跃干扰力矩和建模误差对控制系统的不良影响,保证系统的高精度与强鲁棒性,性能优于PID(propotional integral derivative)控制和普通指令滤波反步控制(command filter backstepping control,CFBC),对机器人关节在高精度领域应用与智能控制具有重要价值。

关键词：机器人关节输入受限指令滤波反步法神经网络自适应控制系统

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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 2023年

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南京理工大学自动化学院

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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跨介质多旋翼潜空两栖航行器运动控制研究

跨介质多旋翼潜空两栖航行器运动控制研究

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作者：秦靖淳吉林大学

学位级别：硕士

跨介质潜空两栖航行器是在空气环境和水体环境中同时具备航行能力,并可以实现介质交界面跨越运动的一类新型装备。其空潜一体化的两栖作业能力,符合“海洋强国”的战略思想,满足“空天地海”全方位立体化探测的任务需求,具有重要的研究... 详细信息

跨介质潜空两栖航行器是在空气环境和水体环境中同时具备航行能力,并可以实现介质交界面跨越运动的一类新型装备。其空潜一体化的两栖作业能力,符合“海洋强国”的战略思想,满足“空天地海”全方位立体化探测的任务需求,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本文以多旋翼形式的潜空两栖航行器为研究对象,对其各任务剖面的运动控制问题展开研究。论文的主要研究内容如下:（1）布局方案设计与系统建模:结合四旋翼飞行器及遥控水下机器人（ROVs）的布局优势,提出了一种“四气四水”混合多旋翼驱动的两栖航行器布置方案并阐述了工作原理。基于空间坐标变换规律推导得到其运动学模型,基于其受力分析结果采用Newton-Euler法推导得到其动力学模型,并采用伪逆法制定了合理的推力分配方案,为后续运动控制研究奠定了理论基础。（2）单介质运动控制研究:由于水、空单介质运动在数学模型上具有相似性,本文将其统一成单介质工况来研究,并为其设计了基于非线性干扰观测器的指令滤波反步控制器,干扰观测器用以观测外界干扰及系统建模误差,指令滤波器用以产生虚拟控制量的指令信号及其导数,从而避免对其进行复杂的解析求导,仿真试验表明该控制器对三维轨迹的跟踪效果比较精准。（3）跨介质运动控制研究:本文在对比分析了不同介质跨越方式运动特点的基础上,选取了低速垂直跨越介质的方案。通过合理忽略小幅度的俯仰和横滚运动,可将跨介质运动模型简化至四自由度,并提出了基于航行器高（深）度反馈信号的跨越阶段介质参数（密度和动力粘度）等效估计法。根据简化模型的实际特点,设计了分层双回路的控制结构,高（深）度回路采用全状态约束控制器,水平定点动力定位回路采用基于非线性干扰观测器的指令滤波反步控制器。仿真试验表明该方案控制效果较好,全状态约束控制器能够在保证控制精度的同时,有效地限制垂向运动速度,保证跨越作业安全进行。（4）全局切换控制策略研究:基于上述单/跨介质运动控制的结论以及各任务剖面所在作业空间的划分结果,设计了由两栖航行器实时高（深）度反馈信号驱动的全局双模式混合切换控制策略,提出控制力（矩）输出维度增广算法以解决不同模式下控制输出维度不一致的问题,基于驻留时间理论分析了该切换控制策略的稳定性,并得出了航行器在此策略下期望高（深）度轨迹的规划要求——“低频低速跨越”,仿真试验表明该策略有效,稳定性较好。（5）样机研制与试验测试:基于“先能飞后下水”的设计思想,借鉴四旋翼飞行器和ROV的研制经验,搭建了两栖航行器的试验样机,并完成地面站软件的设置与调试。推进器性能试验分别测试了所选两种气/水动力推进器在每种介质中的推力特性,证明其推进性能足以胜任样机的两栖作业任务,室内整机联调及水池试验则进一步验证了该布局方案的可行性及所提控制算法的有效性。

关键词：潜空两栖航行器轨迹跟踪控制指令滤波反步法全状态约束切换控制

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面向高层建筑消防的多旋翼飞行器固定时间轨迹跟踪控制研究

面向高层建筑消防的多旋翼飞行器固定时间轨迹跟踪控制研究

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作者：王海荟苏州科技大学

学位级别：硕士

随着城市化的快速发展,城市人口密度不断增大,高层住宅建筑以及高层写字楼广场逐渐集中化和规模化,因高层建筑楼道狭窄、楼层高,安全隐患也就此增多,近年来火灾发生的概率也在逐年增长。一旦在高层建筑楼宇中发生火灾火情,救援人员受制... 详细信息

随着城市化的快速发展,城市人口密度不断增大,高层住宅建筑以及高层写字楼广场逐渐集中化和规模化,因高层建筑楼道狭窄、楼层高,安全隐患也就此增多,近年来火灾发生的概率也在逐年增长。一旦在高层建筑楼宇中发生火灾火情,救援人员受制于建筑高度与疏散通道等原因,救援工作难以迅速展开,造成巨大经济财产损失甚至人员生命安全问题。而多旋翼飞行器具有结构简单、易于操作、机动性强、经济成本低等优点,被广泛应用于救援任务、灾害监测和军事侦察等领域,近年来,作为一种有价值的平台被广泛应用。考虑高层建筑火灾险情的复杂程度以及救援时间的宝贵性,本文针对面向高层建筑消防的多旋翼飞行器高性能控制需求,提出多旋翼飞行器固定时间自适应控制方案,旨在解决其在高层建筑消防中的应用理论基础问题。具体研究内容包括: (1)针对具有外部扰动和不确定性的多旋翼飞行器,提出基于指令滤波反步法的固定时间自适应轨迹跟踪控制方案。利用固定时间指令滤波技术、反步设计方法及误差补偿机制设计姿态控制器及位置控制器。结合固定时间Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统内所有信号是固定时间有界的,同时姿态和位置跟踪误差在固定时间内收敛到原点附近的充分小邻域内,且收敛时间的上界独立于多旋翼飞行器初始状态。最后通过仿真算例验证所提固定时间控制算法的有效性与优越性。 (2)针对多旋翼飞行器存在输入饱和、参数不确定性和外界干扰的跟踪控制问题,提出了一种基于指令滤波反步法的固定时间自适应控制方案。采用固定时间指令滤波解决了复杂度爆炸问题,并基于分数次幂误差补偿机制消除了滤波误差的影响,设计了一个固定时间的辅助系统来补偿多旋翼飞行器的输入饱和。严格证明了闭环系统信号在固定时间内有界,跟踪误差在固定时间内收敛到原点附近的足够小区域内,且收敛时间与初始状态无关。最后,通过数值仿真验证所提出的固定时间自适应控制算法的有效性。

关键词：多旋翼飞行器固定时间控制指令滤波反步法自适应控制输入饱和

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航行补给中的补给船鲁棒同步控制研究

航行补给中的补给船鲁棒同步控制研究

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作者：许桂贤大连海事大学

学位级别：硕士

船舶的航行补给是指船舶航行过程中,将燃料、食品、零部件或人员从一艘船转移到另一艘船上的一种操作。船舶的航行补给操作可减少船舶进出港次数,为船舶的远程航行提供有利的后勤保障,从而提高船舶的续航能力和作业范围。航行补给中的... 详细信息

船舶的航行补给是指船舶航行过程中,将燃料、食品、零部件或人员从一艘船转移到另一艘船上的一种操作。船舶的航行补给操作可减少船舶进出港次数,为船舶的远程航行提供有利的后勤保障,从而提高船舶的续航能力和作业范围。航行补给中的补给船同步控制是指为了保障航行补给作业的正常进行,设计补给船同步控制律使其能够在被补给船的某一舷外相对固定的位置与之同步航行。在海上航行过程中,由于补给船操纵条件和所处的海洋环境等时常发生改变,补给船动态和环境扰动存在明显的不确定性,并且补给船与被补给船之间需要保持一定的安全距离,其输出受到限制。船舶推进系统由于其物理限制,所提供的控制力和力矩会受到约束。另外,船舶速度通常是不可测的。因此,开展补给船的同步控制研究,设计航行补给中的补给船同步控制律,具有重要的理论意义和实际应用价值。针对航行补给中的补给船鲁棒同步控制问题,本文的主要研究工作如下:首先,考虑补给船存在动态不确定且遭受未知时变环境扰动,在被补给船的某一舷外引入与其航迹距离相对固定的虚拟航迹,构造扰动观测器估计由补给船动态不确定和未知时变环境扰动构成的复合扰动,基于此利用指令滤波反步法设计补给船鲁棒同步控制律,使补给船能够跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的同步航行;其次,考虑补给船输出受限且遭受未知时变环境扰动,采用误差转换方法来处理输出受限问题,应用自适应方法设计自适应律估计未知时变环境扰动的界,并利用指令滤波反步法设计补给船自适应鲁棒同步控制律,使补给船能够跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的同步航行;又综合考虑补给船速度不可测、输入饱和、动态不确定且遭受未知时变环境扰动,构造高增益观测器来估计不可测的补给船速度,构造辅助设计系统来处理输入饱和的影响,利用自适应径向基函数神经网络逼近补给船动态,分别设计自适应律估计径向基函数神经网络的权值和未知时变环境扰动的界,并利用指令滤波反步法设计补给船输出反馈自适应鲁棒神经网络同步控制律,使补给船能够跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的同步航行。以一艘补给船为例,利用MATLAB/Simulink对上述所设计的补给船鲁棒同步控制律进行仿真试验,仿真结果表明所设计的补给船鲁棒同步控制律的有效性。

关键词：补给船同步控制径向基函数神经网络指令滤波反步法辅助设计系统

来源：评论

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