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倒立摆系统自适应高阶微分反馈控制(英文)

控制理论与应用 2004年第5期21卷 676-683页

作者：齐国元陈增强袁祉天津科技大学自动化系天津300222 南开大学自动化系天津300071

利用提取的系统高阶微分信息,提出了自适应高阶微分反馈控制器.某种程度上该控制器不依赖于单输入单输出(SISO)非线性仿射系统的模型.并且分析了闭环系统的稳定性和鲁棒性.通过将摆角方程的位移加速度看作是控制输入,将倒立摆系统转化... 详细信息

利用提取的系统高阶微分信息,提出了自适应高阶微分反馈控制器.某种程度上该控制器不依赖于单输入单输出(SISO)非线性仿射系统的模型.并且分析了闭环系统的稳定性和鲁棒性.通过将摆角方程的位移加速度看作是控制输入,将倒立摆系统转化成相互影响的两个SISO仿射系统,从而用两个串级高阶微分反馈控制器成功地实现了倒立摆系统的镇定与调节.数字仿真表明,控制器对摆的基准模型实现了较为满意的控制,而且该控制方法对非线性摩擦项,对摆长、摆质量、小车质量等参数变化以及外扰动具有强鲁棒性.

关键词：倒立摆系统高阶微分器自适应高阶微分反馈控制器不依赖模型控制器鲁棒性

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基于观测器的非线性系统神经网络鲁棒控制

控制与决策 2004年第9期19卷 1050-1053页

作者：齐国元陈增强袁祉天津科技大学自动化系天津300222 南开大学自动化系天津300071

提出一类不依赖于模型的状态观测器,通过分析其根轨迹和极点要求配置合适的参数,该观测器本身是一个能提取高阶微分的高阶微分器.基于Lyapunov稳定性理论设计了使闭环系统渐近稳定,对模型变化和扰动具有鲁棒性的神经网络自适应控制器.... 详细信息

提出一类不依赖于模型的状态观测器,通过分析其根轨迹和极点要求配置合适的参数,该观测器本身是一个能提取高阶微分的高阶微分器.基于Lyapunov稳定性理论设计了使闭环系统渐近稳定,对模型变化和扰动具有鲁棒性的神经网络自适应控制器.该控制器不仅考虑了闭环系统的输出和设定输入误差的微分,而且考虑了误差的高阶微分,从而提高了控制品质.最后通过仿真例子验证了所提出理论的正确性.

关键词：非线性系统神经网络微分状态观测器自适应鲁棒控制器

基于补偿函数观测器的四旋翼无人机姿态受限控制

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吉林大学学报（工学版） 2023年第3期53卷 853-862页

作者：齐国元李阔王琨天津工业大学天津市电气设备智能控制重点实验室天津300387

由于四旋翼无人机的飞行环境及自身执行机构等原因限制,为了保证姿态始终在约束范围内变化,引入障碍Lyapunov函数(BLF)保证系统能够达到预设性能。提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的反步姿态受限控制(CFO-BLF)方案。通过Simulink仿... 详细信息

由于四旋翼无人机的飞行环境及自身执行机构等原因限制,为了保证姿态始终在约束范围内变化,引入障碍Lyapunov函数(BLF)保证系统能够达到预设性能。提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的反步姿态受限控制(CFO-BLF)方案。通过Simulink仿真对比了CFO-BLF反步控制、ESO-BLF反步控制和PID控制下四旋翼无人机的姿态跟踪性能,验证了本文CFO-BLF控制方法的有效性及优越性。

关键词：控制理论与控制工程扩张观测器补偿函数观测器障碍Lyapunov函数反步控制

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高阶微分反馈控制及在四旋翼飞行器中的应用

航空学报 2022年第12期43卷 428-438页

作者：李霞齐国元郭曦彤赵旭天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387

高阶微分反馈控制是不依赖系统精确模型的控制策略,采用控制滤波器间接补偿系统的未知模型。但其中的高阶微分器没有用来估计系统的未知模型函数,采用的是间接补偿未知模型函数方案。改进了高阶微分器,将控制输入引入其中,既能实时估计... 详细信息

高阶微分反馈控制是不依赖系统精确模型的控制策略,采用控制滤波器间接补偿系统的未知模型。但其中的高阶微分器没有用来估计系统的未知模型函数,采用的是间接补偿未知模型函数方案。改进了高阶微分器,将控制输入引入其中,既能实时估计非线性模型中的未知函数,也能估计系统输出及参考输入的微分信息。对比分析了改进的高阶微分器和扩张状态观测器所估计的未知函数的收敛性,证明前者的型别比后者高一个类型。应用估计的微分和模型函数设计了新的高阶微分反馈控制算法,该方案能够抑制未知扰动,并成功地应用于四旋翼飞行器(QUAV)姿态系统的控制。应用Lyapunov函数从理论上证明了闭环系统的稳定性。在基于Pixhawk的控制测试平台实验中,分别采用改进的高阶微分反馈控制、PID控制、自抗扰控制和传统的高阶微分反馈控制方案,测试四旋翼飞行器对不同参考姿态的跟踪性能和抗扰性能。结果表明,所提出的改进高阶微分反馈控制方案,在暂态性能,稳态跟踪精度和抗干扰鲁棒性方面,大幅度优越于其他方案。

关键词：四旋翼飞行器姿态系统高阶微分器扩张状态观测器不依赖模型控制未知模型函数估计自抗扰控制

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竞赛题中求解平衡问题的三大法宝

物理教学 2009年第9期31卷 62-63,11页

作者：齐国元杭州第四中学

平衡问题是高中物理力学模块的重点和难点，在高考和竞赛中多次出现。其题型主要包括力的平衡和力矩的平衡（力矩的平衡主要在竞赛中出现）。从知识维度上看难度较大。笔者对平衡问题在高考中的要求和竞赛中的要求进行了比较，发现在高... 详细信息

平衡问题是高中物理力学模块的重点和难点，在高考和竞赛中多次出现。其题型主要包括力的平衡和力矩的平衡（力矩的平衡主要在竞赛中出现）。从知识维度上看难度较大。笔者对平衡问题在高考中的要求和竞赛中的要求进行了比较，发现在高考中要求利用平行四边形和简单的三角形法则来解决平衡问题即可；在竞赛中则要求利用三角形法则解决平衡问题，掌握力矩的平衡问题。笔者在以上的基础上对竞赛中出现的平衡问题进行归纳。提出了解决平衡问题的三大法宝。

关键词：平衡问题竞赛题三角形法则平行四边形高中物理赛中高考力矩

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混沌粒子群优化及其分析

系统仿真学报 2008年第21期20卷 5920-5923,5928页

作者：孙艳霞王增会陈增强齐国元天津科技大学天津300222 南开大学天津300071 山东科技大学青岛266510

通过分析了经典的粒子群优化中单个粒子模型,发现其具有混沌Hopfield神经网络的特点。提出了一种新的粒子群优化模型,该模型不像以往的粒子群算法那样包含随机参数,而是一个确定性的混沌Hopfield神经网络群,其搜索轨道展现了从混沌到周... 详细信息

通过分析了经典的粒子群优化中单个粒子模型,发现其具有混沌Hopfield神经网络的特点。提出了一种新的粒子群优化模型,该模型不像以往的粒子群算法那样包含随机参数,而是一个确定性的混沌Hopfield神经网络群,其搜索轨道展现了从混沌到周期分岔再到汇的逆周期分岔演化过程。初始混沌式搜索模式展宽了搜索范围,逆周期分岔演化过程决定了搜索的稳定性和收敛性。另外,理论上给出了新的粒子群优化的收敛性结论。最后,通过数值仿真给出了与经典的粒子群优化结果的不同点,并且说明了混沌粒子群优化的有效性。

关键词：粒子群优化 Hopfield神经网络收敛性混沌分岔

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一个四翼混沌吸引子

物理学报 2007年第6期56卷 3137-3144页

作者：王繁珍齐国元陈增强袁祉南开大学信息技术科学学院自动化系天津300071 天津科技大学电子信息与自动化学院天津300222

在新的四维混沌系统中数值观察到四翼混沌吸引子,然而,通过进一步分析发现,该四翼吸引子并非真实的,实际上它是上、下两个共存的双翼混沌吸引子,他们各自有独立的混沌吸引域,由于其位置靠得太近和数值误差产生的一种假象.通过引入一个... 详细信息

在新的四维混沌系统中数值观察到四翼混沌吸引子,然而,通过进一步分析发现,该四翼吸引子并非真实的,实际上它是上、下两个共存的双翼混沌吸引子,他们各自有独立的混沌吸引域,由于其位置靠得太近和数值误差产生的一种假象.通过引入一个线性状态反馈控制项,系统的一些相似性被破坏,受控系统能产生穿越上下吸引域界限的对角双翼混沌吸引子,进一步,随着动力学模态的演化,上下混沌吸引子与对角混沌吸引子融合成一个真正的四翼混沌吸引子.最后,通过比较该四翼混沌吸引子的系统、Lorenz系统、Chua氏电路等混沌信号的频谱发现,四翼混沌吸引子的系统信号具有极宽的频谱带宽,该特性在通讯加密等工程应用中具有重要价值.

关键词：四维混沌系统双翼吸引子四翼吸引子频谱分析

素养视域下实际问题解决的难点分析和解决策略

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物理教学 2021年第10期43卷 10-13,9页

作者：齐国元杭州第四中学浙江310018

运用物理知识解决生活中的实际问题需要学生具有清晰系统的物理观念、缜密严谨的科学思维、规范合理的科学探究。学生解决实际问题能力的培养有助于学生形成物理核心素养,促进学生终生发展。本文针对举例中的实际问题,进行难点分析,提... 详细信息

运用物理知识解决生活中的实际问题需要学生具有清晰系统的物理观念、缜密严谨的科学思维、规范合理的科学探究。学生解决实际问题能力的培养有助于学生形成物理核心素养,促进学生终生发展。本文针对举例中的实际问题,进行难点分析,提出相应的教学策略,以提升学生的物理核心素养。

关键词：核心素养实际问题

广义系统降价Wiener状态估值器和Kalman状态估值器

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广义系统降价Wiener状态估值器和Kalman状态估值器

作者：齐国元黑龙江大学

学位级别：硕士

应用现代时间序列分析方法，基于ARMA新息模型和白噪声估计理论，在广义系统四种典范型下分别提出了广义系统的四种降阶Wiener 状态估值器和四种降阶极点配置Kalman估值器。它们可统一处理，滤波，平滑和预报问题，且具有渐近稳定性... 详细信息

应用现代时间序列分析方法，基于ARMA新息模型和白噪声估计理论，在广义系统四种典范型下分别提出了广义系统的四种降阶Wiener 状态估值器和四种降阶极点配置Kalman估值器。它们可统一处理，滤波，平滑和预报问题，且具有渐近稳定性。在计算上与非降阶的方法相比明显地减少了计算负担。同多项式方法和经典Kalman滤波方法相比，本文方法避免了求解Diophantine和Riccati方程。大量的仿真例子说明了所提出算法的有效性。

关键词：广义系统 Y可观降阶现代时间序列分析极点配置 Wiener状态估值器 Kalman状态估值器