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耦合过热汽温调节的直流炉燃煤机组抗干扰机炉协调控制系统

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中国电机工程学报 2024年

作者：范赫苏志刚彭献永周怀春能源与环境学院(东南大学) 低碳能源与动力工程学院(中国矿业大学)

为了帮助电网消纳间歇性可再生能源发电量，直流炉燃煤机组需要大范围变负荷运行，同时维持过热汽温稳定，然而机组变负荷运行中的多种扰动和系统非线性会降低机组负荷跟踪速率和过热汽温控制品质。因此，本文结合含过热汽温的机炉协调... 详细信息

为了帮助电网消纳间歇性可再生能源发电量，直流炉燃煤机组需要大范围变负荷运行，同时维持过热汽温稳定，然而机组变负荷运行中的多种扰动和系统非线性会降低机组负荷跟踪速率和过热汽温控制品质。因此，本文结合含过热汽温的机炉协调系统动态模型，构建非线性控制方法，并利用高阶滑模观测器估计系统中的多种扰动，提出一种耦合过热汽温调节的机炉协调系统抗干扰控制方法。结果表明：与传统比例积分控制、二自由度比例积分及线性自抗扰控制方法相比，所设计控制系统最大绝对误差降低超过90%。因此，该方法能使机组快速跟踪负荷指令，有效地抵制多种扰动，同时维持过热汽温稳定，保证机组安全经济运行。

关键词：直流炉燃煤机组机炉协调系统过热汽温抗干扰控制

基于干扰观测器的一类组合航天器高阶全驱抗干扰控制

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航空学报 2024年第1期45卷 66-78页

作者：崔凯鑫段广仁哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心哈尔滨150001 南方科技大学控制科学与技术研究中心深圳518055

研究了一类组合航天器的高阶全驱(HOFA)抗干扰控制,其干扰包括具有未知参数的输入端干扰和常值外部干扰。首先,引入一种一般化的离散时间高阶全驱后向差分模型,并对其中的2种干扰分别进行了干扰估计。其次,基于HOFA系统框架,设计了基于... 详细信息

研究了一类组合航天器的高阶全驱(HOFA)抗干扰控制,其干扰包括具有未知参数的输入端干扰和常值外部干扰。首先,引入一种一般化的离散时间高阶全驱后向差分模型,并对其中的2种干扰分别进行了干扰估计。其次,基于HOFA系统框架,设计了基于干扰观测器的复合控制器,不仅可以有效抑制干扰,而且能够得到一个可任意配置特征结构的闭环系统。然后,利用参数化方法,分别建立了观测器增益矩阵和反馈控制矩阵的完全参数化形式。最后,所提方法被应用于一类实际组合航天器模拟器,仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。

关键词：组合航天器离散时间高阶全驱后向差分模型干扰观测器抗干扰控制参数化设计

双事件触发下非匹配干扰系统积分滑模抗干扰跟踪控制

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控制理论与应用 2023年第11期40卷 1957-1964页

作者：周鹏裔扬朱广宇王芹扬州大学信息工程学院江苏扬州225127 北京交通大学北京市城市交通信息智能感知与服务工程技术研究中心北京100044

对于带有不匹配干扰的动态系统,设计具有高资源利用率的抗干扰控制算法具有重要意义.本文在双事件触发机制框架下,研究了非匹配干扰系统的积分滑模抗干扰控制以及动态性能分析问题.首先,基于增广模型构建干扰观测器,实现对未知不匹配干... 详细信息

对于带有不匹配干扰的动态系统,设计具有高资源利用率的抗干扰控制算法具有重要意义.本文在双事件触发机制框架下,研究了非匹配干扰系统的积分滑模抗干扰控制以及动态性能分析问题.首先,基于增广模型构建干扰观测器,实现对未知不匹配干扰的动态估计.为了降低数据冗余并保证传输的同步性,以反馈状态及干扰估计的单触发条件为基础,本文构建了“先到同触发”的双事件触发理论框架.在此框架下,设计积分滑模面和对应的双触发抗干扰控制器,保证被控系统的状态收敛到滑模面.基于Lyapunov稳定性分析方法,计算控制器和观测器增益,保证增广闭环系统具有良好的稳定性和动态跟踪性能.进一步分析了由触发引起的Zeno现象将不会发生.最后,基于典型的A4D模型进行仿真验证,仿真结果表明本文所提的方法具有良好的抗干扰性能.

关键词：双事件触发抗干扰控制积分滑模控制干扰观测器不匹配干扰

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位置约束下软式自主空中加油的抗干扰控制

航空学报 2023年第20期44卷 70-83页

作者：宋梦实张帆黄攀峰西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学智能机器人研究中心西安710072

针对加油机不稳定飞行和复杂风扰下的软式自主空中加油系统,提出一种位置约束下可控锥套的抗干扰控制方法。首先,建立考虑加油机不稳定飞行和复杂风扰的软管动力学模型和可控锥套动力学模型,并进一步将可控锥套动力学模型变换为方便控... 详细信息

针对加油机不稳定飞行和复杂风扰下的软式自主空中加油系统,提出一种位置约束下可控锥套的抗干扰控制方法。首先,建立考虑加油机不稳定飞行和复杂风扰的软管动力学模型和可控锥套动力学模型,并进一步将可控锥套动力学模型变换为方便控制器设计的形式。然后,在动态面控制框架下,利用新型坐标变换方法处理系统耦合非线性,结合约束函数和障碍Lyapunov函数解决初值过大的位置约束,以及设计干扰观测器估计未知的集总干扰。最后,理论分析和仿真实验表明了所提方法处理初值过大的位置约束的有效性,以及抗干扰能力的优越性。

关键词：自主空中加油可控锥套位置约束抗干扰控制干扰观测器

基于T-S模糊模型的水下机器人系统的抗干扰容错控制

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基于T-S模糊模型的水下机器人系统的抗干扰容错控制

作者：时杰榕曲阜师范大学

学位级别：硕士

现如今,对海洋资源的探索极大地促进了水下机器人的发展。但由于海洋环境的复杂性,从而对水下机器人系统的控制问题提出了更高的要求。水下机器人系统会受到外部干扰、执行器和传感器故障等不利因素的影响,所以,提高其抗干扰能力和容错... 详细信息

现如今,对海洋资源的探索极大地促进了水下机器人的发展。但由于海洋环境的复杂性,从而对水下机器人系统的控制问题提出了更高的要求。水下机器人系统会受到外部干扰、执行器和传感器故障等不利因素的影响,所以,提高其抗干扰能力和容错能力是一项具有挑战性的工作。本文针对带有外部干扰的水下机器人系统,借助Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型方法,设计了几种模糊抗干扰容错控制器,提升了系统的抗干扰性能和容错能力。本文的工作可以概括为以下三部分:第一,研究了带有执行器故障的水下机器人系统的输出反馈采样抗干扰容错控制问题。首先,采用T-S模糊模型对水下机器人系统进行建模,并设计扩张状态观测器和干扰观测器,获得系统状态、执行器故障和外部干扰的估计值。其次,利用两个观测器的输出,设计了T-S模糊抗干扰采样控制器。然后,基于Lyapunov稳定性理论,分析了闭环系统是渐近稳定的,并满足H性能。同时利用线性矩阵不等式（LMI）技术,得到了观测器和控制器增益可解的充分条件。最后,通过仿真验证了该控制器的有效性。第二,研究了带有执行器故障的水下机器人系统的动态事件触发抗干扰容错控制问题。首先,针对基于T-S模糊模型的水下机器人系统,提出了一种动态事件触发机制。其次,基于事件触发器的输出,构造了状态观测器和干扰观测器,得到了系统状态和干扰的估计值。然后,设计自适应律估计执行器故障,并提出了自适应事件触发抗干扰容错控制器,保证了闭环系统的收敛性以及输出满足H性能,并证明了所提出的事件触发机制不会发生芝诺现象。最后,通过仿真说明了该控制策略的有效性。第三,研究了带有执行器和传感器故障的水下机器人系统的事件触发抗干扰容错控制问题。首先,为了获得系统状态、执行器和传感器故障、外部干扰的估计值,对T-S模糊水下机器人系统构造了扩张状态观测器和干扰观测器。其次,利用两个观测器的输出,设计了动态事件触发抗干扰容错控制器。然后,基于Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的所有信号收敛,同时说明了所提出的事件触发机制不会发生芝诺现象。通过LMI技术,得到了控制器增益求解的充分条件。最后,仿真结果验证了所提出方案的有效性。

关键词：水下机器人系统 T-S模糊模型抗干扰控制事件触发机制容错控制

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切换系统抗干扰控制及在变体飞行器上的应用

切换系统抗干扰控制及在变体飞行器上的应用

作者：朱政宇扬州大学

学位级别：硕士

众所周知,切换系统作为一种典型的动态混杂系统,可以用来描述和分析许多实际被控对象,具有广泛的工程应用背景,也一直都是自动控制领域研究的热点。作为切换系统的典型应用,变体飞行器是一种能够自动改变外形的新概念飞行器,自提出起便... 详细信息

众所周知,切换系统作为一种典型的动态混杂系统,可以用来描述和分析许多实际被控对象,具有广泛的工程应用背景,也一直都是自动控制领域研究的热点。作为切换系统的典型应用,变体飞行器是一种能够自动改变外形的新概念飞行器,自提出起便受到了科研人员的青睐。相比较常规飞行器,变体飞行器能依据外部环境或任务的变化,自动改变外形结构,在减少能耗的同时,提供更优的气动性能与操纵能力,使其在军事和民用方面均具有极高的使用价值。基于此,论文以切换变体飞行器模型为具体对象,基于典型的鲁棒控制理论、干扰观测器方法以及凸优化算法,对变体飞行器的抗干扰饱和控制等问题进行研究,旨在提高系统的稳定性,达到期望的飞行要求。论文的主要内容包括如下:（1）阐述论文研究背景及意义,分别讨论切换系统及变体飞行器在国内外的研究现状;介绍包括鲁棒控制、抗干扰控制、饱和控制等先进的控制理论方法;进而给出论文的基本结构。（2）阐述一般飞行器的动力学特征,推导其运动学方程模型;结合翼型弯度变化,得到机翼的气动参数及气动特性,进而探讨变体飞行器的物理模型及配平问题;基于翼型弯度变化的平衡点,构建变体飞行器纵向小扰动线性化方程及具体的参数模型。（3）研究带有未知干扰的变体飞行器模型抗干扰跟踪控制问题。为了实现对输出的动态跟踪,将切换飞行器模型进行有效增广。在此基础上,引入干扰观测器,实现对干扰的动态估计。为了确保切换系统的性能,结合状态信息和干扰估计值,构建复合抗干扰控制器。同时,基于平均驻留时间方法设计切换信号,确保闭环切换模型具有满意的稳定性、动态跟踪性能以及干扰补偿能力。（4）研究带有多源干扰及执行器饱和的变体飞行器模型抗干扰跟踪控制。一方面,对于耦合在饱和输入端的干扰,引入动态神经网络干扰模型,构建带有自适应率的干扰观测器,实现对干扰的动态估计。在此基础上,基于凸包表示法,设计复合抗干扰控制输入,实现对饱和输入和干扰的解耦,并完成对干扰的补偿。另一方面,对于未知的系统干扰,引入L1性能指标分析衰减性,进而实现对干扰的有效抑制。基于平均驻留时间和凸优化方法,计算控制器和观测器增益,保证系统的稳定性和鲁棒性,验证饱和控制的可行性以及良好的动态跟踪性能。（5）基于变体飞行器动力学模型,在Matlab/Simulink平台上对所设计算法进行模拟,验证了切换飞行器系统在多源干扰和饱和影响下,能够获得满意的抗干扰控制性能。

关键词：切换系统变体飞行器模型抗干扰控制干扰观测器执行器饱和

无人艇数据驱动自学习抗干扰控制及硬件在环验证

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无人艇数据驱动自学习抗干扰控制及硬件在环验证

作者：崔凯大连海事大学

学位级别：硕士

海洋环绕着地球表面,蕴含十分丰富的油气、生物、矿物等战略资源。无人艇作为一种探索、开发、保护海洋资源的重要工具,已经成功应用在民用、商用、军用等领域。由于无人艇在实际航行过程中会面对风、浪、流等扰动,以及模型参数不确定... 详细信息

海洋环绕着地球表面,蕴含十分丰富的油气、生物、矿物等战略资源。无人艇作为一种探索、开发、保护海洋资源的重要工具,已经成功应用在民用、商用、军用等领域。由于无人艇在实际航行过程中会面对风、浪、流等扰动,以及模型参数不确定性、未建模动态,那么如何在这种复杂环境下对无人艇的姿态进行控制,即如何对无人艇的纵荡速度与航向精准控制成为了热点研究之一。因此,本文以模型参数完全未知的欠驱动无人艇作为研究对象,系统研究了无人艇数据驱动自适应抗干扰控制问题,实现对无人艇纵荡速度与航向的精准控制,主要的研究工作如下:第一,针对存在外界复杂环境扰动、未建模动态、模型参数完全未知的无人艇纵荡速度控制系统,提出一种数据驱动自学习抗干扰控制方法。在估计层面,设计数据驱动自适应扩张状态观测器来估计无人艇所受到的总扰动以及无人艇纵荡速度控制系统中的未知输入增益,并同时考虑降阶与全阶两种情况。在控制层面,利用观测器所估计的相关信息,设计了一种抗干扰纵荡速度控制器。同时根据输入状态稳定性理论,分别证明了降阶与全阶误差系统的稳定性。仿真与对比结果验证了所提出的基于数据驱动自适应扩张状态观测器的纵荡速度控制器的自学习抗干扰能力。第二,针对存在外界复杂环境扰动、未建模动态、模型参数完全未知的离散无人艇纵荡速度控制系统,提出一种离散形式的数据驱动自学习抗干扰控制方法。在估计层面,设计离散数据驱动自适应扩张状态观测器来估计无人艇所受到的总扰动以及无人艇纵荡速度控制系统中的未知输入增益,并同时考虑降阶与全阶两种情况。在控制层面,利用观测器所估计的相关信息,设计了一种抗干扰纵荡速度控制器。同时结合李雅普诺夫函数,分别证明了降阶与全阶误差系统的稳定性。最后,利用实验室自主研发硬件在环实验平台进行了验证。离散仿真、对比分析、硬件在环结果均验证了所提出的基于数据驱动自适应扩张状态观测器的纵荡速度控制器的自学习抗干扰能力与实用性。第三,针对存在外界复杂环境扰动、未建模动态、模型参数完全未知的无人艇航向控制系统,提出一种数据驱动自学习抗干扰控制方法。在估计层面,设计数据驱动自适应扩张状态观测器来估计无人艇所受到的总扰动以及无人艇航向控制系统中的未知输入增益。在控制层面,利用观测器所估计的相关信息,设计了一种抗干扰航向控制器。同时根据输入状态稳定性理论,证明误差系统的稳定性。仿真与对比结果验证了所提出的基于数据驱动自适应扩张状态观测器的航向控制器的自学习抗干扰能力。第四,针对存在外界复杂环境扰动、未建模动态、模型参数完全未知的离散无人艇航向控制系统,提出一种离散形式的数据驱动自学习抗干扰控制方法。在估计层面,设计离散数据驱动自适应扩张状态观测器来估计无人艇所受到的总扰动以及无人艇航向控制系统中的未知输入增益。在控制层面,利用观测器所估计的相关信息,设计了一种抗干扰航向控制器。同时结合李雅普诺夫函数,证明了误差系统的稳定性。最后,利用实验室自主研发硬件在环实验平台进行了验证。离散仿真、对比分析、硬件在环结果均验证了所提出的基于数据驱动自适应扩张状态观测器的航向控制器的自学习抗干扰能力与实用性。综上所述,本文所提的数据驱动自适应扩张状态观测器可以精准估计无人艇所受总扰动并同时对未知控制输入增益进行在线学习,所提的抗干扰纵荡速度与航向控制器可以精准控制无人艇的姿态完成预设任务,与传统的控制器相比具备较强的自抗扰能力,同时硬件在环结果进一步验证了算法的有效性。

关键词：无人艇纵荡速度控制航向控制数据驱动自适应扩张状态观测器抗干扰控制

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自主水下机器人的抗干扰控制方法研究

自主水下机器人的抗干扰控制方法研究

作者：李广有青岛大学

学位级别：硕士

自主水下机器人凭借其鲜明的特点被广泛用于多种领域,比如海图绘制,军事国防,海洋研究,海底资源探测等。由于自主水下机器人在完成多种水下任务过程中,易受到各种未知干扰的影响,如风、海浪和海流等,故设计具有抗干扰能力的运动控制器... 详细信息

自主水下机器人凭借其鲜明的特点被广泛用于多种领域,比如海图绘制,军事国防,海洋研究,海底资源探测等。由于自主水下机器人在完成多种水下任务过程中,易受到各种未知干扰的影响,如风、海浪和海流等,故设计具有抗干扰能力的运动控制器尤为重要。因此本文针对自主水下机器人的运动和姿态控制系统,将干扰观测器与滑模控制方法和反步控制方法相结合,设计复合抗干扰控制器抑制外部干扰对自主水下机器人运动和姿态控制性能的不良影响,提高自主水下机器人的稳定性和抗干扰能力。本文主要内容包括以下几个方面:(1)为了提高欠驱动自主水下机器人水平面系统在外部干扰影响下的航向跟踪控制性能,设计了一种基于非线性干扰观测器的复合滑模控制器。首先有条件的简化欠驱动自主水下机器人的水平面模型,建立简化模型的状态方程;其次构造非线性干扰观测器,设计基于干扰观测器的滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论选取合适的观测器和控制器的增益,确保闭环系统的稳定性。根据仿真结果得出:当存在外部干扰时,基于非线性干扰观测器的滑模控制器相比传统的滑模控制器,能够更好的实现自主水下机器人的航向跟踪控制,具有良好的抗干扰性能。(2)为了提高欠驱动自主水下机器人垂直面系统在外部干扰影响下的定深姿态控制性能,设计了一种基于干扰观测器的等效滑模控制器。首先遵循实际状况简化欠驱动自主水下机器人的垂直面模型,通过简化模型建立其状态方程;然后构造干扰观测器,基于干扰观测器设计系统的等效滑模控制器,通过Lyapunov稳定性理论验证整个控制系统的稳定性。根据仿真结果得出:当存在外部干扰时,该控制器相比传统的滑模控制器能够更好地实现自主水下机器人的垂直面定深控制,具备良好的抗干扰性能;而且本部分设计的干扰观测器同以往文献设计的干扰观测器相对比,可以更快速的对外部干扰进行估计。(3)为实现存在外部干扰情况下欠驱动自主水下机器人的三维直线路径跟踪控制,首先基于水下机器人运动学和动力学方程将路径跟踪控制问题转化为一个非线性系统的镇定问题;然后基于干扰观测器结合反步控制方法设计复合抗干扰控制器,并应用Lyapunov理论选取增益,保证系统的稳定性和鲁棒性。仿真结果表明:该部分设计的干扰观测器可以估计出外部干扰,从而设计的控制器能够实现对三维直线路径的精确跟踪,且具有良好的抗干扰性能。

关键词：水下机器人抗干扰控制干扰观测器滑模控制

基于T-S模糊模型的柔性航天器系统的事件触发抗干扰控制

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基于T-S模糊模型的柔性航天器系统的事件触发抗干扰控制

作者：王亚文曲阜师范大学

学位级别：硕士

深空探测任务的需求极大地促进了柔性航天器的发展。由于任务的复杂性,对柔性航天器的姿态控制提出了更高的要求。注意到柔性航天器系统是一类典型的复杂非线性系统,并会受到柔性振动和外部干扰力矩等不利因素的影响,所以,其姿态控制问... 详细信息

深空探测任务的需求极大地促进了柔性航天器的发展。由于任务的复杂性,对柔性航天器的姿态控制提出了更高的要求。注意到柔性航天器系统是一类典型的复杂非线性系统,并会受到柔性振动和外部干扰力矩等不利因素的影响,所以,其姿态控制问题是一项具有挑战性的工作。本文针对具有外部干扰的柔性航天器系统,借助Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型方法,设计了几种事件触发抗干扰控制器,使柔性航天器系统在实现姿态稳定的前提下,具有较好的抗干扰性能,同时能节省通信资源。本文的工作可以概括为以下三部分:第一,研究了带有多源干扰的T-S模糊柔性航天器系统的事件触发抗干扰姿态和振动控制问题。首先,针对由T-S模糊模型方法描述的航天器姿态系统,通过设计柔性振动观测器(FVO)和干扰观测器分别获得了柔性模态和外部干扰的估计值。其次,利用两个观测器的输出,提出了事件触发抗干扰姿态和振动控制器。然后,基于Lyapunov稳定性理论,分析了闭环系统是渐近稳定的,并满足H性能,同时证明了事件触发机制不会发生芝诺现象。利用线性矩阵不等式(LMI)技术,得到了观测器增益和控制器增益可解的充分条件。最后,通过仿真证实了该控制器的有效性。第二,研究了柔性航天器系统的动态事件触发抗干扰控制问题。首先采用两组T-S模糊模型对柔性航天器系统和外部干扰系统建模。其次,引入FVO来估计柔性模态。为了得到干扰的估计值,构造了一个具有异步前件变量的模糊干扰观测器(FDO),其隶属度函数与T-S模糊干扰系统不必一致。然后,利用观测器的估计,提出了动态事件触发抗干扰控制器,保证了闭环系统的渐近稳定性和严格耗散性能,并证明了所提出的事件触发机制不会发生芝诺现象。进一步利用LMI技术,得到了求解观测器增益和控制器增益的充分条件。最后,仿真结果也验证了所提方案在航天器受到不同类型干扰情况下的有效性。第三,研究了柔性航天器系统的双端事件触发自适应抗干扰控制问题。首先,分别在T-S模糊柔性航天器系统的传感器到控制器(SC)通道和控制器到执行器(CA)信道设计事件触发机制,并构造FVO估计柔性模态,设计自适应律估计未知干扰的上界。其次,利用模态和干扰上界的估计值,设计了事件触发自适应抗干扰控制器。然后,基于Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的所有信号是一致最终有界的。通过LMI技术,得到了控制器增益求解的充分条件。最后,仿真结果验证了所提出方案的有效性。

关键词：柔性航天器系统 T-S模糊模型抗干扰控制事件触发机制自适应律