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.     

自抗扰控制纵横谈

首先从不确定系统控制的角度,将自抗扰控制与其它一些有关不确定系统控制的理论与方法进行比较和讨论,然后围绕自抗扰控制理论分析方面的进展,以及需要进一步研究的课题进行深入讨论与总结.通过纵横两方面的讨论揭示自抗扰控制对推进不确定系统控制研究的贡献,以及自抗扰控制方法的突出特点.     

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.     

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.     

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.     

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...     

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...     

奇异齐次非线性系统的H_∞控制

研究了奇异齐次非线性系统的最优控制问题与相关的L2增益问题,基于Hamilton-Jacobi不等式,我们给出了可解性条件,并显式构造出了控制律,在保证内稳定的基础上达到干扰衰减.     

控制增益时变的非线性系统的迭代学习控制

研究一类具有未知时变控制增益的不确定非线性系统的迭代学习控制.系统的不确定性不仅是时变的,而且可以依赖于系统的状态.在先前的有关研究中,如果不采用饱和控制,只能保证点点收敛或平方积分收敛.文章提出了一个不采用饱和控制的状态反馈迭代学习控制律,并且建立了跟踪误差的一致收敛性.     

一类非线性系统的输出反馈控制及全局渐近稳定性研究

考虑不可测状态是非线性的非严格三角形非线性系统的全局渐近稳定性问题.提出了一种新的反馈控制设计方法,构造一个线性动态输出补偿器,并全局稳定所控制的非线性系统.     

奇异系统的干扰解耦

本文针对线性的不变奇异系统，讨论了利用一般状态反馈及前馈控制的组合来达到其干扰解耦的条件．文中构造性地给出了这一问题可解的充分必要条件．     

Active Disturbance Rejection Control of Quadrotor UAVs Based on Joint Observation and Feedforward Compensation北大核心CSCD

为解决模型参数不确定与外界干扰影响下,四旋翼无人机飞控作业中姿态与轨迹跟踪精度下降,反应迟缓的问题,利用拓展Kalman滤波应对非线性系统问题出色的适应能力和噪声抑制能力,对四旋翼状态信息进行初步估算来抑制高频信号干扰,从而降低了扩张状态观测器的估计负担.同时,与扩张状态观测器联合估计由系统不确定性参数与外界扰动联合组成的“总扰动”,使系统对于精确模型的依赖性降低,并利用扰动估计的微分值进行前馈补偿,以提高对突变扰动的跟踪精度,克服了突变干扰下的相位滞后现象.综合联合观测器、带前馈补偿的LESO及带误差补偿的PD控制律,形成了一种利用拓展Kalman滤波与前馈补偿后的扩张状态观测器联合观测扰动,能较大程度抑制高频噪声和突变扰动的改进型自抗扰控制器.仿真与实验结果表明,联合观测器能有效地减小观测误差幅值且能超前校正观测相位滞后,从而更好地得到更精确的状态信息,改进型自抗扰控制器能更好地满足四旋翼飞行器快速反应、高效稳定的控制要求,精准高效地完成复杂轨迹跟踪.     

不确定非线性系统的鲁棒适应H_∞几乎干扰解耦问题

本文研究了带有不确定参数的非线性系统的鲁棒适应 H∞ 控制的几乎干扰解耦问题 .运用改进的加幂积分器技巧与递归设计方法 ,构造性地设计了一种光滑鲁棒动态反馈控制律 ,在保证闭环系统内稳定的基础上 ,使系统达到干扰衰减 .     

一类高阶非线性系统的几乎干扰解耦问题

对于一类高阶下三角形结构的非线性系统内稳几乎干扰解耦问题 ( ADD)的可解性 ,本文按 L2 —L2 p增益 ,使用“加幂积分器”方法 ,没有对系统中的函数作任何增长性条件限制 ,证明了文中非线性系统的ADD问题有一个连续状态反馈解 .并且可以显式解出此连续状态反馈控制器使得干扰对输出的影响可限制到任一精度且保持系统内稳 .     

关于高阶不确定非线性系统的鲁棒适应干扰衰减问题

研究一类高阶不确定非线性系统的鲁棒适应H∞干扰衰减问题。本质改进了加幂积分器技巧及backstepping算法,并设计出一个光滑鲁棒适应动态反馈控制律,使得闭环系统既具有内稳定性,又使系统达到干扰衰减．所得结果改进了相关文献中的结论．     

Optimal Control of Nonlinear Time-Delay Systems with Persistent Disturbances

This paper is concerned with the optimal control of a class of nonlinear time-delay systems affected by external persistent disturbances. A feedforward and feedback optimal control (FFOC) law, consisting of analytical linear feedforward and feedback terms and the limit of a compensation sequence, is obtained by a successive approximation approach (SAA). In order to obtain a physically realizable feedforward control, a disturbance observer is introduced in the exosystem. Simulation results demonstrate the validity of the SAA and the robustness of the FFOC. Communicated by Q. C. Zhao This work was supported by the National Natural Science Foundation of China, Grant 60574023 and the Natural Science Foundation of Qingdao City of China, Grant 05-1-JC-94.     

非线性奇异摄动系统的反馈控制

本文对一类多输入多输出非线性奇异摄动系统 ,构造了具有良好性态的状态反馈控制律 ,从而保证了闭环系统的稳定和良好的输入输出特性 .     

Lur''e系统的扰动抑制分析

用不变集方法分析了有范数摄动的单输入单输出(SIS0)Lur′e系统持续有界扰动的抑制问题．通过Liapunov函数得到了用一组线性矩阵不等式(LMI)条件给出的扰动抑制和绝对稳定性结果．分析了这一条件的可行性，并用算例予以验证．还给出了鲁棒椭圆体吸引子的估计．     

关于一类高阶非线性系统的几乎干扰解耦问题

本文讨论了一类 SISO高阶下三角形非线性系统的几乎干扰解耦的反馈设计问题 ,对一般的由 L2 m- L2 m p(m =1,2 ,… )所定义的非线性增益指标 ,利用加幂积分器的新技巧和 Backstepping方法 ,构造性的给出了设计光滑静态反馈控制律的方法 ,在保证闭环系统具有内稳定的基础上 ,使系统达到干扰衰减 ,本文的结果不仅推广了加幂积分器技巧的应用 ,而且改进了相关文献的结果 .