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控制理论与应用 2010年第6期27卷 745-752页

作者：陈维王耀南许海霞湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 湘潭大学信息工程学院湖南湘潭411105

对于一类具有三角结构的单输入单输出的不确定非线性系统,用反步法(backstepping)和动态面控制方法(dynamic surface control technique)设计了一种使用神经网络补偿未知非线性的L2--增益鲁棒控制器.控制器设计中没有直接解HJI(Hamilton... 详细信息

对于一类具有三角结构的单输入单输出的不确定非线性系统,用反步法(backstepping)和动态面控制方法(dynamic surface control technique)设计了一种使用神经网络补偿未知非线性的L2--增益鲁棒控制器.控制器设计中没有直接解HJI(Hamilton-Jacobi-Isaac)不等式.合理的选择了L2--增益性能指标,将被控系统各个状态变量的跟踪误差和神经网络各权值的跟踪误差看作整个控制系统的各个状态变量,并用Lyapunov定理和HJI不等式证明了使用提出的控制器后,这些状态变量具有小于等于事先规定的正实数γ的L2--增益.当系统的扰动信号为零向量时,提出的控制器在原点是大范围渐近稳定的.仿真研究结果表明所提出的控制器具有很好的跟踪性能和很强的鲁棒性.

关键词： L2--增益鲁棒控制非线性系统反步法动态面控制方法神经网络

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一类非线性系统的神经网络L_2鲁棒自适应控制

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信息与控制 2010年第3期39卷 291-297页

作者：陈维王耀南黄辉先湘潭大学信息工程学院湖南湘潭411105 湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

对于一类具有三角结构的单输入单输出不确定非线性系统的跟踪控制问题,用反步法和动态面控制方法设计了一种神经网络L_2鲁棒自适应控制器.控制器设计中没有直接解HJI(Hamilton-Jacobi-Isaac)不等式,而是合理地选择了L_2增益性能指标,将... 详细信息

对于一类具有三角结构的单输入单输出不确定非线性系统的跟踪控制问题,用反步法和动态面控制方法设计了一种神经网络L_2鲁棒自适应控制器.控制器设计中没有直接解HJI(Hamilton-Jacobi-Isaac)不等式,而是合理地选择了L_2增益性能指标,将被控系统各个状态变量的跟踪误差和神经网络各权值的跟踪误差看作整个控制系统的各个状态变量,并用李亚普诺夫定理和HJI不等式证明了使用提出的控制器后,这些状态变量具有小于等于事先规定的正实数γ的L_2增益,并且当所考虑的干扰向量为零向量时,提出的控制器在原点大范围渐近稳定.仿真研究结果表明所提出的控制器具有很好的跟踪性能和很强的鲁棒性.

关键词： L2增益非线性系统反步法动态面控制方法神经网络

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基于滤波反步法的AUV轨迹跟踪及编队控制研究

基于滤波反步法的AUV轨迹跟踪及编队控制研究

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作者：韩丽君大连海事大学

学位级别：硕士

自主水下航行器是一种用于水下能源勘探的重要工具,同时在污染源搜索以及军事、商业等方面都备受关注。随着其水下应用场景的不断增多,对自主水下航行器的应用需求越来越强烈。本文主要研究自主水下航行器轨迹跟踪及编队控制问题,假设... 详细信息

自主水下航行器是一种用于水下能源勘探的重要工具,同时在污染源搜索以及军事、商业等方面都备受关注。随着其水下应用场景的不断增多,对自主水下航行器的应用需求越来越强烈。本文主要研究自主水下航行器轨迹跟踪及编队控制问题,假设自主水下航行器的动力学模型参数部分未知,利用径向基函数神经网络进行逼近,控制律的设计方法主要采用反步法。针对自主水下航行器平面运动和三维空间运动两种情况展开研究,主要的研究内容如下:1.基于动态面方法设计自主水下航行器平面轨迹跟踪及编队控制器,使得自主水下航行器完成平面轨迹跟踪及编队运动。第一部分基于动态面方法设计了自主水下航行器平面轨迹跟踪控制律,使得自主水下航行器能够跟踪并保持该期望轨迹,跟踪误差收敛到一个紧凑的集合。第二部分针对leaderless情况,基于动态面方法设计了自主水下航行器编队控制律,使得自主水下航行器之间保持期望的距离,达到编队控制的目的。第三部分针对leader-follower情况,基于动态面方法设计了自主水下航行器编队跟踪控制律,使得自主水下航行器形成编队之后能够以固定的队形跟踪并保持虚拟领航者的状态。2.基于有限时间指令滤波器方法设计自主水下航行器三维空间轨迹跟踪及编队控制器,使得自主水下航行器完成三维空间轨迹跟踪及编队运动。考虑由滤波引起的误差问题在一定程度上影响系统性能,为了提高系统的跟踪精度,设计了滤波跟踪误差补偿回路,实现对轨迹跟踪精度的优化。第一部分设计了自主水下航行器三维空间轨迹跟踪控制律,使得自主水下航行器能够跟踪并保持该期望轨迹。第二部分设计了自主水下航行器三维空间编队跟踪控制律,使自主水下航行器形成编队结构并能以固定队形跟踪并保持虚拟领航者的状态。最后,利用李雅普诺夫函数证明了在上述所设计控制律的作用下自主水下航行器系统的稳定性;通过Matlab软件分别对上述所设计的轨迹跟踪及编队控制律进行仿真,仿真结果验证了所设计控制律的可行性。

关键词：自主水下航行器轨迹跟踪编队控制动态面控制方法有限时间指令滤波器

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航行补给中的补给船同步控制

航行补给中的补给船同步控制

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作者：刘永超大连海事大学

学位级别：硕士

船舶的航行补给是指船舶航行过程中,在保持补给船和被补给船两船相对方位与距离固定的情况下,把补给船上的燃料或食品转移到被补给船上的一种特殊操作。对航行中的船舶进行补给作业可减少船舶进出港次数和对固定基地的依赖性,增大船舶... 详细信息

船舶的航行补给是指船舶航行过程中,在保持补给船和被补给船两船相对方位与距离固定的情况下,把补给船上的燃料或食品转移到被补给船上的一种特殊操作。对航行中的船舶进行补给作业可减少船舶进出港次数和对固定基地的依赖性,增大船舶的作战半径和连续作战的能力。航行补给作业中的船舶不可避免地会受到外部环境扰动的影响,这会导致补给船与被补给船航行不同步,使补给作业失败。因此,对航行补给中的补给船进行同步控制是航行补给作业安全顺利进行的保障,具有重要的现实意义。针对航行中的补给船同步控制问题,本文主要完成如下研究工作:首先,考虑界已知的外部环境扰动,在被补给船的某一舷外引入与其航迹距离相对固定的虚拟航迹,采用动态面控制方法设计补给船的同步控制律,使得补给船跟踪虚拟航迹,实现补给船与被补给船的航行同步控制;进一步,考虑补给船所遭受的有界未知时变环境扰动,应用自适应技术设计自适应律,估计未知时变环境扰动的界,基于此,采用动态面控制方法设计补给船的自适应鲁棒同步航行控制律,实现补给船与被补给船的同步航行;又考虑补给船所遭受到的未知时变环境扰动,构造非线性扰动观测器,估计外界环境扰动,基于此,采用矢量逆推设计工具,设计补给船的鲁棒同步控制律,实现补给船与被补给船的航行同步控制,为航行中补给作业的安全进行提供保障。最后,以一艘补给船为例,在Matlab/Simulink环境下,分别对上述所设计的三种补给船的同步航行控制律进行仿真,仿真结果验证了所设计控制律的有效性。

关键词：航行同步控制虚拟航迹动态面控制方法矢量逆推方法扰动观测器

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基于局部加权学习的船舶航向保持自适应控制

基于局部加权学习的船舶航向保持自适应控制

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作者：庞晓思大连海事大学

学位级别：硕士

智能化船舶是未来航运业发展的重要方向,作为船舶智能航行装置的航向控制系统,具有非线性和参数不确定的特点,因为神经网络和模糊系统在紧集内可发挥函数逼近能力,所以在船舶航向控制器设计中应用广泛。但由于神经网络和模糊系统存在的... 详细信息

智能化船舶是未来航运业发展的重要方向,作为船舶智能航行装置的航向控制系统,具有非线性和参数不确定的特点,因为神经网络和模糊系统在紧集内可发挥函数逼近能力,所以在船舶航向控制器设计中应用广泛。但由于神经网络和模糊系统存在的逼近误差会影响控制器性能,为改善此类问题,通过构造权值自适应律、基函数结构参数在线调节和节点自组织的局部加权学习算法,设计船舶航向控制器,进而提升船舶航向控制系统的整体控制性能。论文的研究围绕以下内容展开:(1)基于节点自组织的局部加权学习算法,设计控制律可切换的船舶航向控制器。结合动态面控制方法给出控制器的设计步骤,设计滑模控制器确保局部加权算法的输入向量在有限时间进入紧集。局部加权算法节点自增长策略引导系统自动添加节点,通过构造四次幂加权函数和权值自适应律,计算局部加权学习算法对系统中未知不确定项的估计,设计基于自组织结构局部加权方法的船舶航向控制器。利用MATLAB进行仿真,以“育龙”轮为仿真对象,与固定结构神经网络设计的船舶航向控制器进行对比,验证所设计船舶航向控制器的有效性和性能优越性。(2)针对局部加权学习算法输入向量不满足紧集先决条件和系统输出信号不连续的问题,设计基于输入饱和局部加权方法的船舶航向控制器。引入障碍李雅普诺夫函数,基于输入饱和局部加权方法设计船舶航向控制器,最大程度发挥局部加权学习算法的学习能力。通过构造高斯加权函数、连续变化的权值自适应律和控制律中光滑的饱和函数对控制器进行优化,确保系统输出连续光滑的控制信号。通过仿真实验,对比优化前后控制器的控制效果。研究结果证明了基于局部加权学习算法设计的船舶航向控制器性能的优越性。在实现船舶对给定航向跟踪的基础上,保证了系统的所有闭环信号一致有界且收敛速度较快,使控制器结构灵活且提升了系统的整体控制性能。对船舶的自主航行和自动避碰能力的提升,具有一定的参考价值和实际意义。

关键词：船舶航向保持控制局部加权学习自适应控制自组织逼近动态面控制方法

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