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基于神经网络的机电作动器滑模输出反馈控制

机械工程学报 2023年第10期59卷 357-365页

作者：曹萌萌胡健周海波姚建勇赵杰彦王俊龙南京理工大学机械工程学院南京210094 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

机电作动系统广泛应用于工业生产和军事领域,但机电作动系统存在的模型不确定性会使得基于模型的非线性控制器精度下降,同时由于安装空间、成本的限制,系统往往无法安装速度传感器。针对上述问题,提出一种基于神经网络的滑模输出反馈控... 详细信息

机电作动系统广泛应用于工业生产和军事领域,但机电作动系统存在的模型不确定性会使得基于模型的非线性控制器精度下降,同时由于安装空间、成本的限制,系统往往无法安装速度传感器。针对上述问题,提出一种基于神经网络的滑模输出反馈控制策略。针对系统中存在的常值扰动以及参数不确定性,用扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)加以估计;针对系统中存在的时变扰动,利用径向基函数神经网络的万能逼近特性进行估计,然后通过前馈补偿技术对前者进行补偿;同时利用ESO观测的系统速度值设计控制量,从而实现输出反馈控制。利用Lyapunov稳定性定理证明了所设计的控制器可以实现系统的有界稳定。大量的仿真和试验结果证明了所设计的控制器相对于传统的PID以及非线性控制器控制精度可以提高一个数量级。

关键词：机电作动器输出反馈控制神经网络滑模控制模型不确定性

基于特征结构配置的电磁轴承高速电机刚性转子系统鲁棒输出反馈控制器的设计

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中国电机工程学报 2022年第10期42卷 3775-3785页

作者：周天豪祝长生浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

特征结构配置法直接建立反馈控制器参数与闭环系统特征结构之间的联系,物理意义明确且适用性强,在飞行器、振动主动控制等对象的控制器设计中得到广泛的应用。针对电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)高速电机刚性转子系统,提出一种... 详细信息

特征结构配置法直接建立反馈控制器参数与闭环系统特征结构之间的联系,物理意义明确且适用性强,在飞行器、振动主动控制等对象的控制器设计中得到广泛的应用。针对电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)高速电机刚性转子系统,提出一种基于特征结构配置的鲁棒输出反馈控制器的设计方法。首先,引入交叉微分反馈,建立两自由度简化转子模型。然后,给出特征结构配置的具体步骤,并从稳定性和动态性能、偏置电流变化对系统性能的影响、不平衡振动响应以及控制能量这4个角度选择优化目标以设计鲁棒比例微分控制器。最后,进行数值仿真和实验,发现鲁棒输出反馈控制下的AMB转子系统不仅能够在不同偏置电流条件下0.1s内快速起浮,而且在全转速范围内最大振幅不超过0.04mm,远小于转子与保护轴承之间的径向间隙,验证该控制器的有效性。

关键词：电磁轴承刚性转子特征结构配置输出反馈控制不平衡振动抑制

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区间二型模糊系统动态输出反馈控制设计

控制理论与应用 2023年

作者：谢俊周绍生韩迎迎杭州师范大学数学学院杭州电子科技大学理学院杭州电子科技大学自动化学院

本文研究了一类连续时间区间二型模糊系统的稳定性和广义耗散性能分析以及动态输出反馈控制器设计问题.首先简要的介绍了区间二型模糊系统和线积分Lyapunov函数.然后,利用线积分Lyapunov函数方法,建立了使系统满足渐近稳定和广义耗散性... 详细信息

本文研究了一类连续时间区间二型模糊系统的稳定性和广义耗散性能分析以及动态输出反馈控制器设计问题.首先简要的介绍了区间二型模糊系统和线积分Lyapunov函数.然后,利用线积分Lyapunov函数方法,建立了使系统满足渐近稳定和广义耗散性能的充分条件.与二次型Lyapunov函数方法得到的条件相比,利用线积分Lyapunov函数方法得到的充分条件保守性更小.该充分条件关于一些矩阵变量是非线性的,利用Finsler引理将其转化为线性矩阵不等式形式,得到了输出反馈控制器存在的充分条件.最后,通过数值算例验证了设计方法的有效性.

关键词：区间二型模糊系统线积分Lyapunov函数渐近稳定广义耗散性能输出反馈控制

DoS攻击下的网络控制系统基于量化的输出反馈控制

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应用数学学报 2023年第2期46卷 230-246页

作者：周颖郑颖肖敏南京邮电大学自动化学院人工智能学院南京210023

针对存在DoS攻击的网络控制系统,提出了一种新的量化结构,并设计了H∞输出反馈控制器.在网络环境下,假设控制器到执行器的传输通道中存在DoS攻击,采用新的量化结构对传感器信号进行量化处理,减少量化误差.通过将DoS攻击描述为服从Bernou... 详细信息

针对存在DoS攻击的网络控制系统,提出了一种新的量化结构,并设计了H∞输出反馈控制器.在网络环境下,假设控制器到执行器的传输通道中存在DoS攻击,采用新的量化结构对传感器信号进行量化处理,减少量化误差.通过将DoS攻击描述为服从Bernoulli分布的概率模型,把网络控制系统建模为具有随机参数的线性离散系统.在分析系统稳定性时,区别于普通二次型Lyapunov函数,本文选取了一种依赖量化误差及攻击概率的Lyapunov函数.基于稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出使闭环系统为均方意义下指数稳定且满足给定H∞性能指标的输出反馈控制器设计方法.最后通过仿真算例,验证了所提方法的有效性.

关键词：网络控制系统 DoS攻击量化输出反馈控制稳定性

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输出反馈控制

自动化技术：英文版 2005年第5期 6-7页

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输出反馈控制

自动化技术：英文版 2005年第3期 6-8页

“Bi-polytopic” Lyapunov functions for robust stability and fragility analysis of discrete-time models；……

关键词：输出反馈控制离散时间稳定性李雅普诺夫函数

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区间二型模糊系统输出反馈控制设计

区间二型模糊系统输出反馈控制设计

作者：谢俊杭州电子科技大学

学位级别：硕士

现实世界中存在着许许多多的非线性现象难以用线性模型加以描述。在这种情况下,Tagaki和Sugeno提出了T–S模糊模型。T–S模糊模型能够无限逼近系统的非线性模型,它是用表示非线性系统局部线性输入输出关系的IF–THEN模糊规则来描述的。... 详细信息

现实世界中存在着许许多多的非线性现象难以用线性模型加以描述。在这种情况下,Tagaki和Sugeno提出了T–S模糊模型。T–S模糊模型能够无限逼近系统的非线性模型,它是用表示非线性系统局部线性输入输出关系的IF–THEN模糊规则来描述的。其主要特征是用线性系统模型来表示每个模糊规则的局部动力学,然后用一组隶属函数将这些线性模型模糊混合,逼近原本的非线性系统。区间二型模糊模型不仅可以处理一型模糊模型隶属函数的不确定性,而且可以减少二型模糊模型的计算复杂度。随机系统可以很好地描述现实生活中随机干扰、结构突变等现象对系统状态的影响。因此,关于随机系统的研究在控制领域备受关注。本文主要研究区间二型模糊系统的稳定性分析以及输出反馈控制器设计问题,其具体研究工作和创新点如下:1)利用线积分Lyapunov函数方法研究了区间二型模糊系统的广义耗散输出反馈控制设计问题。基于线积分Lyapunov理论,在模糊系统框架下证明了闭环系统的渐近稳定和广义耗散性能。在此基础上L-L性能、H性能、无源性能和耗散性能可以在统一的框架内进行研究,且基于线积分Lyapunov函数建立的充分条件比使用二次型Lyapunov函数得到的结果保守性更小。采用Finsler引理解决动态输出反馈设计中的控制器参数矩阵与Lyapunov矩阵非线性耦合问题,得到线性形式的充分条件。2)利用随机Lyapunov函数方法研究了具有时变转移概率的It(?)随机Markovian跳变奇异系统的容许性、H性能和静态输出反馈控制器设计问题。建立了闭环系统满足随机容许性和H性能的充分条件。该充分条件关于一些矩阵变量是非线性的,运用Finsler引理将其转化为线性形式,并设计相应的静态输出反馈控制器。3)研究了一类连续时间It(?)随机区间二型模糊系统的稳定性和H性能分析以及动态输出反馈控制器设计问题。利用线积分Lyapunov函数方法,建立了使系统满足随机渐近稳定和H性能的充分条件。与基于二次型Lyapunov函数方法得到的条件相比,基于线积分Lyapunov函数方法得到的充分条件保守性更小。但是该充分条件关于一些矩阵变量是非线性的,故利用Finsler引理将其转化为线性形式,并设计了期望的动态输出反馈控制器。

关键词：区间二型模糊系统线积分Lyapunov函数渐近稳定广义耗散性能输出反馈控制 Markovian跳变奇异系统 H∞性能

线性随机脉冲系统的可观可检性与输出反馈控制

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线性随机脉冲系统的可观可检性与输出反馈控制

作者：陈鑫广西大学

学位级别：硕士

随机系统是控制领域的学术前沿,随机因素的存在导致经典和现代控制理论不再适用、系统的建模和分析变得复杂困难。本文针对网络通信背景产生的一类脉冲系统,从随机建模和随机分析的角度,分别提出高阶矩性质和概率刻画的可观性、可检测... 详细信息

随机系统是控制领域的学术前沿,随机因素的存在导致经典和现代控制理论不再适用、系统的建模和分析变得复杂困难。本文针对网络通信背景产生的一类脉冲系统,从随机建模和随机分析的角度,分别提出高阶矩性质和概率刻画的可观性、可检测性概念,利用广义H-表示技术、切换增维建模技术和拟周期Lyapunov函数方法,研究随机脉冲系统的可观可检性和基于脉冲观测器的输出反馈控制问题。主要研究工作如下:一、提出2p阶矩可观性的概念,研究具有乘性噪声的线性随机脉冲系统的可观性和输出反馈镇定问题。采用向量It?公式和广义H-表示技术,建立随机脉冲系统的高阶矩方程,并证明随机脉冲系统是2p阶矩可观的当且仅当矩方程是可观的。通过分析矩方程解的性质,建立了一系列高阶矩意义下随机脉冲系统2p阶矩可观性的几何判据与代数判据。该判据揭示了高阶矩可观性蕴含着低阶矩可观性,以及连续动态和离散动态均不可观测的脉冲系统可能是可观测的机理。此外,基于可观性条件,进一步探讨基于脉冲观测器的输出反馈控制问题。二、提出2p阶矩可检性和几乎必然可检性的概念,研究线性随机脉冲系统的可检性。在研究内容一的基础上,证明了随机脉冲系统的2p阶矩可检性与矩方程的可检性等价。利用矩阵的非奇异变换技术,建立2p阶矩可检性的充要条件;利用了齐次拟周期Lyapunov函数方法,建立以矩阵方程表示的2p阶矩可检性的充分条件。利用复合型拟周期Lyapunov函数结合H?lder不等式,建立以微分矩阵不等式(DMI)/线性矩阵不等式(LMI)表示的几乎必然可检性的充分条件,并揭示几乎必然可检性判据的保守性小于2p阶矩可检性判据。数值例子阐明了非2p阶矩可检的随机脉冲系统可能是几乎必然可检的。三、研究脉冲滞后的随机脉冲系统的可观性和可检性。利用切换增维建模技术,将脉冲滞后的随机脉冲系统建模为非滞后的随机脉冲系统,而后利用广义H-表示技术,建立具有两个重置律的矩方程。借鉴研究内容一、二的结果和矩阵的非奇异变换,建立一系列2p阶矩可观性、可检性的充要条件。通过构造切换拟周期Lyapunov函数方法,建立脉冲滞后的随机脉冲系统的2p阶矩可检性和几乎必然可检性的充分条件。有趣的是,引入脉冲时滞可能使得非可观/可检的脉冲系统具有可观/可检性。数值例子验证了理论结果的正确性。四、针对一类非周期采样和随机测量噪声下的Lipschitz非线性系统,提出一种基于事件触发脉冲观测器的输出反馈控制方法。通过设计只依赖于系统离散测量输出与辅助变量的事件触发机制,构建了一种新型事件触发脉冲观测器,而后通过构造原系统与观测误差系统组成增广系统,发展拟周期离散化Lyapunov函数方法,建立增广闭环系统均方意义下最终有界的稳定性判据。该判据揭示了采样周期、噪声强度、事件触发参数对系统性能的影响机理。进一步结合联合设计方法,将求解原系统的输出反馈控制器与观测误差系统的观测器增益问题转换成为求解一组基于增广系统的LMIs可行解问题,从而解决了随机测量噪声下无法分离设计控制增益与观测增益的难题。以连杆机械臂系统为例,验证了所提控制算法的有效性。

关键词：随机脉冲系统脉冲观测器可观性可检性随机噪声输出反馈控制

一类具有未知增长率的p规范型非线性系统的输出反馈控制

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一类具有未知增长率的p规范型非线性系统的输出反馈控制

作者：沈英鹰东南大学

学位级别：硕士

实际系统中往往存在未知参数和时滞,若忽略这些因素会使系统的性能变差,甚至会导致系统不稳定。本文基于Lyapunov稳定性理论、齐次占优思想和自适应控制技术,研究一类增长率未知的p规范型非线性系统的输出反馈控制问题。论文主要工作如... 详细信息

实际系统中往往存在未知参数和时滞,若忽略这些因素会使系统的性能变差,甚至会导致系统不稳定。本文基于Lyapunov稳定性理论、齐次占优思想和自适应控制技术,研究一类增长率未知的p规范型非线性系统的输出反馈控制问题。论文主要工作如下:1、针对一类含有未知输出函数的p规范型非线性系统,考虑其全局输出反馈控制问题。针对标称系统利用增加幂积分法设计状态反馈控制器,进而构造降维观测器给出输出反馈控制器;然后,利用坐标变换将动态增益引入控制器和观测器,处理非线性项的未知增长率;最终基于Lyapunov稳定性理论,证明动态增益信号有界且闭环系统状态渐近收敛于零。实例和数值仿真验证了该控制方案的可行性。2、针对一类输出函数未知的p规范型非线性状态时滞系统,在非线性项满足未知齐次增长条件的情况下,解决其全局输出反馈控制问题。针对标称系统设计输出反馈控制器,使其全局渐近稳定;再引入动态增益和Lyapunov-Krasovskii泛函分别处理未知增长率和时变时滞;最后证明了增益信号的有界性和系统状态的收敛性。实例和数值仿真验证了该控制方案的有效性。3、针对一类含有状态/输入时变时滞的p规范型非线性系统,研究其全局输出反馈控制问题。经变换时间变量将常值增益引入系统,使输入时滞转换到定积分项中;再通过坐标变换将动态增益引入非线性系统的控制器和观测器,结合齐次系统理论来压制非线性项;最后构造一个合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,确保动态增益有界且闭环系统的状态渐近收敛于零。实例和数值仿真验证了该控制算法的有效性。

关键词： p规范型非线性系统输出反馈控制未知增长率动态增益