非线性网络控制系统的保性能控制

针对网络诱导时延小于一个采样周期的非线性网络控制系统,研究了系统的稳定性和保性能控制问题.对于T-S模糊模型描述的非线性被控对象,将时延的不确定性转化为系统参数的不确定性,从而将这一类非线性网络控制系统建模为具有参数不确定性的离散T-S模糊模型.基于建立的模型,提出了存在稳定保性能控制器的充分条件,并得出了相应的线性矩阵不等式(LMI)形式.最后通过对永磁同步电动机混沌系统进行控制和仿真研究,验证了所提出方法的有效性.     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人抗饱和自适应滑模轨迹跟踪控制

针对带有输入饱和约束的轮式移动机器人鲁棒轨迹跟踪问题,文章提出一种抗饱和自适应滑模控制方法.考虑到系统参数摄动和外部扰动等不确定因素对系统控制性能的影响,首先设计非线性扩张状态观测器来估计系统不确定因素,并基于估计值设计抗饱和自适应滑模控制器,消除系统的参数摄动、外部扰动和输入饱和约束对系统控制性能的影响.仿真对比结果验证了文章所提控制方法的优越性和有效性.     

具有饱和输入和非严格反馈结构的切换非线性系统的自适应模糊控制

针对一类具有非光滑饱和输入和非严格反馈结构的任意切换规则下的非线性切换系统,给出了一种模糊减少计算量控制算法.通过构造公共Lyapunov函数,利用模糊系统对非严格反馈结构和未知不确定函数进行建模,采用辅助函数补偿饱和输入问题,基于逼近最优估计参数的界以减少在线自适应调节参数数目.该控制算法在任意切换规则下不仅可以调节输入饱和不确定性,还可以减少自适应调节参数.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的所有信号是有界的.数值仿真结果可以有效地验证控制器和自适应律设计算法的可行性.     

单水箱液位控制系统的模糊推理建模及仿真

首先,依据实际背景,利用单水箱实验系统设计了几种典型的液位控制实验;然后,将模糊推理建模法应用于实际的单水箱液位控制系统中,推导得到其数学模型,即变系数线性微分方程组;最后,利用仿真实验检验了这些数学模型的准确性。结果表明这种建模方法比较精确,充分考虑了实际系统的非线性特性。     

异构多智能体系统的非凸输入约束一致性

本文主要研究了连续时间异构多智能体系统在输入受非凸约束下的一致性问题.基于每个智能体可以获得的局部信息,利用压缩算子为每个智能体设计了分布式控制器,该控制器可以保证每个智能体的控制输入被约束在相应的非凸约束集之中.通过一个线性变换,首先将闭环系统变为一个易于处理的等价系统.然后,利用Metzler矩阵理论,证明了若联合通信拓扑具有有向生成树,则异构多智能体系统可以在输入受非凸约束的条件下实现一致.最后,通过仿真实验验证了理论的正确性.     

具有控制输入约束的轮式移动机器人轨迹跟踪最优保性能控制

针对考虑模型不确定性因素影响及控制输入约束的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,文章提出了一种具有控制输入约束的轨迹跟踪最优保性能控制器.依据实际机器人与虚拟机器人的相对位姿关系建立轨迹跟踪误差动态模型.采用平衡点线性化方法将非线性形式的轨迹跟踪误差动态模型转换为线性形式的轨迹跟踪误差动态模型.通过线性矩阵不等式处理方法,给出了具有鲁棒性能上界的最优保性能控制器的存在条件及设计方法.仿真及实验结果表明,文章所提控制器能较好抑制模型不确定性的影响,提高移动机器人的轨迹跟踪性能和鲁棒性.     

一类具有闭环极点约束的不确定线性系统的保性能控制

主要研究了闭环系统的极点约束在一个给定圆盘中的保性能控制问题,基于线性矩阵不等式处理方法给出了状态反馈控制器存在的充要条件,并利用线性矩阵不等式的解给出了保性能控制器的设计方法,得到一个状态反馈控制器,使得对所有允许的不确定性闭环系统稳定,并且闭环性能指标值不超过某个确定的上界.最后以数值例子验证了结果的正确性.     

网络化非周期采样控制系统的主动时间滞后控制: 随机脉冲切换系统方法

研究了一类带有随机丢包的非周期采样网络化控制系统的镇定问题.不同于传统观点往往将时滞看作系统稳定性的消极因素,考虑时间滞后对系统稳定性的积极影响, 并提出一个新颖的主动时间滞后控制方法来镇定该系统.为了分析时间滞后控制的积极作用并获得较低保守性的结论,首先把带随机丢包的非周期采样系统建模为带固定切换率的随机脉冲切换系统, 并在均方意义下提出一个新的分离引理用于分析随机脉冲切换系统的稳定性.然后,基于环 泛函方法和所提的分离引理,以线性矩阵不等式形式给出随机脉冲切换系统的均方稳定性判据.进一步,利用区间分割技术得到改进的均方稳定性判据.最后,利用一个经典的数值例子来验证所得稳定判据的有效性和所提方法的优势.     

一类随机反应扩散神经网络的周期间歇采样控制

基于周期间歇采样控制策略研究了一类随机反应扩散神经网络的镇定问题.所提出的镇定方案基于空间采样并关于时间间歇,即采样控制只在"工作时间"被激活,而在"工作时间"的每个时刻,只在空间中的有限个点对状态采样.引入分段Lyapunov函数,并利用Wirtinger积分不等式充分发掘扩散项的镇定作用,建立了系统全局均方指数稳定的充分条件,该条件定量揭示了控制周期、控制宽度、空间采样区间的上界之间的关系,基于稳定性条件,给出了周期间歇采样控制器的参数化设计方法.最后通过数值例子验证了所提出方法的有效性.     

考虑时变状态约束与输入饱和的PMSM随机系统指令滤波控制

针对考虑时变状态约束和输入饱和的永磁同步电机随机系统的位置跟踪控制问题,提出了一种基于障碍Lyapunov函数的指令滤波反步控制方案.首先,构造障碍Lyapunov函数以保证电流、转速等状态量不违反时变约束条件.随后,利用模糊逻辑理论处理电机随机系统中的未知非线性项.此外,采用了指令滤波技术与误差补偿机制相结合的方法,不仅解决了传统反步法中出现的“计算爆炸”问题,而且消除了滤波误差的影响.仿真结果表明该控制器能有效抑制输入饱和与随机扰动的影响,提高系统的控制性能,同时能够保证电机系统所有状态在给定的约束范围内.     

无线多媒体接入网高能效的自适应载频开启控制

针对无线接入网负载高波动的特点,提出一种基于随机超时阈值的多路载频自适应开启的动态功耗控制策略,在满足多类业务QoS的同时,降低系统基站的能耗.构建事件驱动的连续时间Markov控制过程系统分析模型,将自适应载频开启节能控制转化为一个带约束的优化问题.结合性能梯度估计与随机逼近,提出一种基于策略梯度的在线自适应优化算法.仿真实验结果验证了方法的有效性.     

一类具有饱和因子的奇异时滞系统的鲁棒保性能控制

研究了具有饱和因子的非线性奇异时滞系统的鲁棒保性能控制问题.目的是设计一个鲁棒控制器和保成本控制器,通过线性矩阵不等式方法(LMI)得出了鲁棒控制器和保性能控制器存在的充分条件.当这些LMI方法是可解时,分别给出了鲁棒控制器和保性能控制器的解析表达式.     

不确定Lur'e系统的鲁棒脉冲饱和镇定

对一类参数不确定的Lur'e系统,提出了具有饱和执行器的脉冲镇定问题.将饱和非线性项表示为有限个线性函数的凸组合,运用与脉冲时间序列关联的时变Lyapunov函数,建立了具有饱和脉冲输入的不确定Lur'e系统指数稳定性的判据,并获得了零解吸引域的估计.然后,基于线性矩阵不等式,给出了脉冲饱和控制器存在的条件,同时给出了求解最大吸引域估计的凸优化问题.最后,数值实例验证了所提出方法的有效性.     

快速在线模型预测及在三自由度直升机中的应用

针对传统模型预测控制(model predictive control,MPC)很难适用于规模较大或采样频率较高系统的问题,提出一种新的在线优化快速预测控制方法.该方法主要利用MPC中的二次型规划问题(quadratic programming,QP)结构,将变量进行适当的重新排序,采用改进的内点法来提高控制性能的同时达到快速控制目标的要求.同时,将该算法应用于三自由度直升机中,仿真结果与传统的模型预测控制及PID控制算法进行了对比,验证了快速模型预测控制算法在控制效果及速度方面的优势.     

输入饱和受限的多个四旋翼飞行器分布式编队控制

研究了多个四旋翼飞行器在主从结构下的分布式同步协调编队控制问题.基于反步法的设计思想,文章提出了一种有界的分布式一致性控制算法,以保证满足输入饱和受限条件.首先,对于位置控制子系统,基于比例微分控制和一致性理论,设计了一种多个四旋翼飞行器的协调编队控制律,来使所有的四旋翼飞行器都可以向领导者收敛,并沿着理想的编队轨迹运动.针对位置系统设计的分布式一致控制律将为姿态控制子系统的参考姿态输入信息.其次,针对基于四元数描述的姿态控制子系统,设计了一种饱和的全局姿态跟踪控制律,可以使飞行器跟踪上所期望的姿态.最后,通过数值仿真来验证所提方法的有效性.     

一种基于分段能量分析的桥式吊车镇定控制器设计方法

针对欠驱动桥式吊车系统,提出了一种基于分段能量分析的桥式吊车镇定控制器没计方法.具体而言,首先通过对系统特性进行分段分析构造出一个新的能量函数;随后,在其基础上设计了一种新型的能量控制器,并借助Lyapunov方法和LaSalle不变性原理证明了闭环系统的渐近稳定性.利用数值仿真与实际实验验证了所提出的控制算法具有良好的控制性能,对外界干扰具有较强的鲁捧性.此外,实验结果进一步表明:相比常规的能量控制方法与时间最优控制方法,该控制方法可降低驱动能耗,保征台车的快速精确定位,同时负载的摆角被抑制在更小的范围内,几乎无残余摆动.     

基于T-S模型的奇异摄动系统的采样鲁棒H_∞控制

基于T-S模型,对基于采样数据的非线性奇异摄动系统的鲁棒H_∞控制问题进行研究.对于T-S模型中规则后件中的各个局部线性模型,利用"输入滞后"(input delay)方法,将基于采样数据的离散形式的控制律转化为带滞后的连续形式的控制律.在此控制律之下,局部闭环系统成为一个变时滞的连续奇异摄动系统.在对此闭环系统的稳定性和L_2增益特征进行分析的基础上,以LMI的形式给出了满足要求的控制律满足的条件.然后将各个局部线性模型的控制律利用模糊推理方法 "合成"为系统总的控制律.     

周期时变布尔控制网络的能控性及其在一类细胞凋零网络中的应用

细胞凋零是细胞受基因控制的生物学演化现象,在生物进化中起非常重要的作用.布尔网络的提出为人们研究基因控制问题提供了新方法.文章以矩阵半张量积作为主要工具,考虑周期时变布尔控制网络的能控性和能达性问题.首先将周期时变布尔控制网络转换为离散动态系统,定义系统的依时间输入-状态关联矩阵;其次由依时间输入-状态关联矩阵给出了一系列周期时变布尔控制网络的能控性和能达性的充要判定条件,并设计了寻找最优控制序列的算法;最后将所得结论应用到一类细胞凋零网络,验证了所提供方法的有效性.     

基于免疫函数的输入死区未知严格反馈非线性系统投影自适应指令滤波反步控制

为解决含有未知项以及输入死区的严格反馈非线性系统跟踪控制问题,提出一种基于免疫函数的投影自适应指令滤波有限时间控制方法.该方法使用免疫函数构造扩张状态观测器对具有输入死区控制系统中的未知项进行逼近,并使用指令滤波解决反步法中微分爆炸问题,建立滤波误差补偿机制降低滤波误差对跟踪精度的影响,同时使用投影算子保证了自适应参数的有界性.与现有文献中基于障碍李雅普诺夫函数的自适应反步约束控制相比较,文章可同时约束系统状态、补偿跟踪误差以及自适应参数在预设的范围内,保证了闭环系统中所有信号有界,结合有限时间控制加快了控制系统的收敛速度.最后仿真结果表明了文章控制方法的有效性.     

基于ARIMA和LSSVM的非线性集成预测模型

针对复杂时间序列预测困难的问题,在综合考虑线性与非线性复合特征的基础上,提出一种基于ARIMA和最小二乘支持向量机(LSSVM)的非线性集成预测方法.首先采用ARIMA模型进行时间序列线性趋势建模,并为LSSVM建模确定输入阶数;接着根据确定的输入阶数进行时间序列样本重构,采用LSSVM模型进行时间序列非线性特征建模;最后采用基于LSSVM的非线性集成技术形成一个综合的预测结果.将该方法用于中国GDP预测取得的结果,与单独预测方法及流行的其他集成预测方法相比,预测精度有了较大的提高,从而验证了方法的有效性和可行性.