非线性系统的自抗扰控制引论

系统的不确定和外部干扰是控制理论的主要敌手。最近二十年出现了一个新的对付不确定的控制方法称为自抗扰控制。本文旨在介绍一本这方面的新书:Active Disturbance Rejection Control for Nonlinear Systems:An Introduction,及其相关的背景。该书是一本自抗扰控制数学理论著作。为了引出本书的主要内容,我们扼要介绍了几种其他的对付系统不确定的控制方法,包括鲁棒H∞-控制、滑模控制、自适应控制以及内模原理,说明自抗扰控制的主要思想和与这些方法的异同之处。特别是指出了自适应控制、内模原理的估计和消除策略及其在自抗扰控制中的大规模应用。     

自抗扰控制:思想、应用及理论分析

首先从思想方法上剖析利用自抗扰控制思想处理不确定系统控制问题的独特之处,说明在运用自抗扰控制思想处理大范围及复杂结构(非线性、时变、耦合等)不确定系统时,首先需要准确分析系统中影响被控输出的"总扰动".然后,通过几个典型的应用研究实例说明自抗扰控制在处理大范围不确定性以及实现高精度闭环动态性能方面的优良品质.最后,对最新的理论分析结果进行简要综述.     

自抗扰无人车纵向编队跟踪控制

针对空气阻力,非线性摩擦以及外部干扰等无法精确建模的复杂不确定性因素对无人车纵向编队跟踪控制的不利影响,为提升控制精度和收敛速度,文章提出了基于前车与自身状态信息的自抗扰无人车纵向编队跟踪控制设计方法.文章通过构造扩张状态观测器在线估计由前车与当前车辆系统内部未建模动态以及外部干扰等不确定性因素构成的总扰动,并在反馈控...     

基于自抗扰控制的直升机航向控制方法

针对直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合的特性,传统的控制方法很难实现良好的性能.提出了一种自抗扰控制器的设计方法,并设计了扩张状态观测器,对参数不确定性和外部干扰进行估计,并实时补偿.与常规控制相比,在保证闭环稳定性的同时,能够应对模型参数的不确定性以及扰动,能够进一步使跟踪误差满足期望精度.并针对实际模型直升机实验平台航向动力学模型,在参数不确定性和主旋翼有扰动情况下,仿真结果验证了该方法的有效性.     

一类复动力系统的自抗扰控制

复动力系统的对象具有实部和虚部,且实部和虚部之间存在很强的耦合.用结构简单,解耦能力强的自抗扰控制器对一类复动力系统进行仿真研究,分别设计了单入单出控制系统和双入双出控制系统.仿真结果表明,自抗扰控制器可以将复动力系统中的耦合看做扩张状态进行实时估计和补偿,从而具有很好的解耦能力;在系统初始状态和控制器参数一致的情况下,所设计的两种控制系统可达到相同的控制效果.     

基于模糊自抗扰的塔机消摆控制方法

塔机消摆控制系统是一个非线性、强耦合的复杂系统,传统PID控制效果往往欠佳.对此,建立了一个含阻尼的塔机偏摆系统数学模型,并提出模糊自抗扰控制策略.通过自抗扰控制器对塔机回转与变幅运动进行解耦,模糊算法对自抗扰控制器各参数实施在线调整,并对解耦后的回转、变幅子系统分别进行控制.在仿真实验中,对比其他典型方法,提出的方法摆角消失速度更快,这表明在负载运动过程中,所设计控制器实时性和鲁棒性较好.     

基于自抗扰控制的制导与运动控制一体化设计

针对机动目标的拦截问题,将自抗扰控制的思想用于制导与运动控制一体化设计.其中,基于自抗扰控制的制导律产生在目标机动的情况下使视线角速度快速趋于零所需的制导律;而基于自抗扰控制的运动控制律可以在非线性不确定动态情况下实现所需加速度,从而保证快速有效地完成拦截任务.进一步分析所设计方案对制导与运动控制一体化设计的适用性,并通过计算机仿真验证该方案的有效性.     

糖尿病血糖调节自抗扰控制器设计

糖尿病是一种由于胰岛素分泌功能受损导致的血糖浓度过高的疾病.利用胰岛素泵向人体释放胰岛素是一种有效的治疗糖尿病的手段.针对胰岛素-血糖调节问题,提出了一种自抗扰控制器设计方法.首先,介绍胰岛素-血糖调节的Bergman最小模型.其次,将Bergman最小模型转化为积分器串联型系统并设计自抗扰控制器.然后,利用奇异摄动理...     

二阶跟踪—微分器的频率特性

本文给出二阶跟踪—微分器的频率特性 ,此频率特性类似于二阶线性低通滤波器的频率特性 ,但具有线性系统所没有的优点 ,即通带内有较小的相移 ,且无谐振现象 .同时 ,文中指出频率特性与跟踪参数和正弦输入信号幅值之间的关系就是一个简单的“平移”     

带宽幂次受限的一类不确定非线性系统的输出跟踪

自抗扰控制中的扩张状态观测器的高增益问题一直是个理论难题.文章通过降低增益幂次部分解决这个问题.讨论了具有内部未建模动态和外部干扰的标准积分串联型n阶非线性系统的输出跟踪问题.首先设计带宽幂次受限的扩张状态观测器,用于在线估计目标系统的状态和总扰动,由此实时补偿总扰动,并设计出基于扩张状态观测器的输出反馈控制.所设计的输出反馈控制能实现整个闭环系统的输出跟踪和干扰抑制.闭环系统被证明是收敛的,并且跟踪误差能渐近收敛到任意给定的小的范围内.与经典的线性或者非线性的扩张状态观测器相比,增益的最高幂次从原来的n+1降低到了2.数值仿真的结果证明了设计控制的有效性.     

金融发展与经济增长:一个理论分析

本文通过构造一个具有金融发展特征的新古典经济增长模型,从一个新的角度论证了帕特里克关于金融发展与经济增长之间"供给引导"和"需求跟随"双向因果关系的理论.     

政府花费改变对经济影响的理论分析

本文采用无限期内生时间偏好率模型,研究了政府花费对经济的影响.指出长期的政府花费增加可以使资本存量水平上升,消费水平下降和债券持有量上升;同时,短期分析表明政府花费增加可以减少初始投资率,增加政府债务率水平;但短期的政府花费增加同样导致资本存量水平上升,消费水平下降和债务水平的增加.     

复杂非线性系统的控制综合与动态分析

随着当代科学和技术的发展,复杂非线性系统和控制理论研究不断深入,应用领域不断扩大,已影响了科技和社会领域的许多方面.针对当今该领域的研究难点和重点,本文集中讨论了复杂非线性系统控制研究中的3个关键问题,包括非光滑系统控制、网络化系统控制、临界态分析与控制.一方面是对在相关研究领域中的部分科研成果做一个简要的总结;另一方面,想借此机会在自动化学会控制理论专业委员会成立50周年之际向专业委员会表示感谢和祝贺.     

Logistic模型阈值控制悖论及复杂性分析

研究了Logistic模型稳态均值在阈值控制下产生反直觉变化现象与复杂响应的机理.结果表明,阈值控制能引起映射区间改变和映射分布变化,二者之间的竞争导致了受控Logistic模型稳态均值的反直觉变化现象与复杂响应.在阈值下限接近0或阈值上限接近1时,映射分布变化是影响稳态均值复杂响应的主导因素.阈值下限大于其临界值或阈值上限小于其临界值时,稳态均值变化主要由映射区间改变决定,此时,受控Logistic模型稳态均值会出现反直觉变化现象.理论分析结果通过数值仿真得到进一步证实.     

具有约束的随机消费与投资最优控制

本文讨论随机消费－投资最优控制问题,提出一类有约束马氏决策模型,用线性规划方法给出最优随机平稳策略．     

PMSM系统的参数稳定性分析和自适应控制

针对含未知参数的永磁同步电机(PMSM)系统,研究其参数稳定性和自适应控制问题.首先,分析了参数变化对PMSM系统平衡点的影响.然后,通过设计自适应控制器使得闭环系统具有耗散Hamiltonian结构,使闭环系统的能量分布随着未知参数的漂移而自动的改变,且能量函数总在未知参数对应的平衡点处取得极小值,从而实现自适应参数...     

数值模拟混溶驱动问题的迎风格式及理论分析

本文提出数据模拟混溶驱动问题的一类广义迎风格式，严格证明了其满足离散极值原理和离散质量守恒原理，并获得收敛性定理，对模型问题的试算，得到令人满意的数值结果。