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控制方向未知的无人帆船自适应动态面航向控制

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哈尔滨工程大学学报 2019年第1期40卷 94-101页

作者：沈智鹏邹天宇大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,本文提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计σ... 详细信息

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,本文提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计σ-修正泄露项的参数自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,同时引入动态面方法,消除反演法中的"计算膨胀"问题,降低控制器的复杂性。Lyapunov函数稳定性分析证明所设计控制器能够保证航向保持闭环系统内所有信号的一致最终有界性,并通过一艘12 m型无人帆船模型进行仿真验证。结果表明:无人帆船航向保持响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性。

关键词：无人帆船航向控制控制方向未知自适应动态面控制神经网络 Nussbaum函数反演法 Lyapunov函数外界扰动

控制方向未知条件下不确定船舶航向鲁棒λ调节控制

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控制与决策 2016年第11期31卷 2059-2064页

作者：田佰军刘正江郑云峰大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为了改善模型中控制方向未知和受外界环境干扰的船舶航向保持控制问题,将Nussbaum增益技术引入到Backstepping方法中,得到一种可人为指定稳态控制的新型鲁棒λ调节控制方法.考虑到一般系统中Nussbaum积分乘性函数为时变函数,通过利用Nus... 详细信息

为了改善模型中控制方向未知和受外界环境干扰的船舶航向保持控制问题,将Nussbaum增益技术引入到Backstepping方法中,得到一种可人为指定稳态控制的新型鲁棒λ调节控制方法.考虑到一般系统中Nussbaum积分乘性函数为时变函数,通过利用Nussbaum函数不变性构建新的积分形式,充分利用船舶模型内部结构特征,提高该算法理论证明的严谨性.所提出的算法能够解决船舶航向保持控制中控制方向未知条件下指定稳态性能控制问题.最后,通过仿真实验验证了所得出的上述控制方法的可行性.

关键词：船舶航向保持控制 Backstepping 控制方向未知

控制方向未知的非线性系统切换自适应全局快速有限时间控制

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安徽大学学报（自然科学版） 2021年第6期45卷 54-64页

作者：雷红臣李小华刘辉何志江辽宁科技大学电子与信息工程学院辽宁鞍山114051 中国三冶集团有限公司电气安装公司辽宁鞍山114003

提出一种新的切换自适应全局快速有限时间控制方法,设计控制方向未知的非线性系统切换自适应快速有限时间控制器.通过有限时间切换律,自适应调整切换参数,使控制器的控制方向依提出的方向进行切换,能更快找到正确的控制方向.仿真结果表... 详细信息

提出一种新的切换自适应全局快速有限时间控制方法,设计控制方向未知的非线性系统切换自适应快速有限时间控制器.通过有限时间切换律,自适应调整切换参数,使控制器的控制方向依提出的方向进行切换,能更快找到正确的控制方向.仿真结果表明:所设计的控制器能保证系统的所有状态在有限时间内收敛至平衡点,且有更快的收敛速度.

关键词：控制方向未知非线性系统全局快速有限时间镇定切换自适应控制

控制方向未知的非线性系统自适应快速有限时间控制研究

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控制方向未知的非线性系统自适应快速有限时间控制研究

作者：雷红臣辽宁科技大学

学位级别：硕士

由于在实际系统中常常存在许多控制方向未知的情况,因此控制方向未知的非线性系统的控制问题受到了许多学者的关注。考虑到快速有限时间控制方法使系统具有收敛速度快及控制精度高等优点,所以本文基于全局快速有限时间控制方法及逻辑切... 详细信息

由于在实际系统中常常存在许多控制方向未知的情况,因此控制方向未知的非线性系统的控制问题受到了许多学者的关注。考虑到快速有限时间控制方法使系统具有收敛速度快及控制精度高等优点,所以本文基于全局快速有限时间控制方法及逻辑切换自适应控制方法研究了控制方向未知的两种非线性系统的全局切换自适应快速有限时间控制问题。本文主要内容概括如下:1.研究一类具有多个未知控制方向的非线性系统全局切换自适应快速有限时间镇定控制问题。针对此类系统,结合反步法、快速有限时间控制方法以及逻辑切换自适应控制方法,提出了一种新的全局切换自适应快速有限时间控制策略,并给出了系统此类快速有限时间控制器的设计方法。通过设计快速有限时间逻辑切换律,在线自适应调整切换参数,使控制器的控制方向依提出的切换逻辑变化,可以更快的找到系统正确的控制方向。所设计的控制器能够保证闭环系统是全局快速有限时间稳定的,即系统的所有状态在有限时间内收敛到平衡点。这是Nussbaum增益技术达不到的。仿真结果表明了该控制方案的有效性和优越性。2.研究一类具有多个未知控制方向的p规范型非线性系统全局切换自适应快速有限时间镇定控制问题。考虑p规范型非线性系统中表示控制方向的虚拟控制系数的符号未知,并考虑系统的幂p为正奇整数之比的形式。结合反步法、加幂积分技术、快速有限时间控制方法以及逻辑切换自适应控制方法,使用新的坐标变换给出控制方向未知的p规范型非线性系统全局切换自适应快速有限时间控制器的设计方法。所设计的控制器能够保证闭环系统是全局快速有限时间稳定的,即系统的所有状态在有限时间内收敛到平衡点。仿真结果表明了该控制方案的有效性和优越性。

关键词：非线性系统控制方向未知全局快速有限时间镇定自适应切换控制 P规范型

控制方向未知的非线性系统有限时间自适应模糊控制

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控制方向未知的非线性系统有限时间自适应模糊控制

作者：孟波南京师范大学

学位级别：硕士

随着科学技术和现代工业的发展，实际工程的规模和复杂度大大增加进而导致为被控对象设计有效的控制器的难度也在不断增加。同时，不确定性、死区输入、量化输入以及外部扰动等都是非线性系统稳定控制中不可忽视的问题，此外控制方向未... 详细信息

随着科学技术和现代工业的发展，实际工程的规模和复杂度大大增加进而导致为被控对象设计有效的控制器的难度也在不断增加。同时，不确定性、死区输入、量化输入以及外部扰动等都是非线性系统稳定控制中不可忽视的问题，此外控制方向未知的非线性系统有着广泛的工程应用背景。因此对含有控制方向未知和不确定性等特点的非线性系统设计稳定的控制方案具有重要的理论意义和实际应用价值。所以本文在前人工作的基础上，针对几类控制方向未知的非线性系统，通过运用自适应控制理论、Nussbaum函数、模糊逻辑系统、反步递推设计思想以及有限时间Lyapunov控制理论，分别为这几类系统开发了有限时间跟踪控制算法。本文的主要研究内容如下：　　(1)针对一类带有输入死区和控制方向未知等特性的不确定非线性系统，首先对原系统进行坐标变换将未知的控制增益集中在一起，后续通过引入Nussbaum函数来解决未知的控制增益对于系统的影响。利用模糊逻辑系统强大的逼近能力来处理被控系统中含有的未知非线性函数，通过构建状态观测器来跟踪被控系统中不完全可测的状态变量，基于反步法，开发了一种有限时间跟踪控制算法，并根据有限时间Lyapunov控制理论对闭环系统的稳定性在数学上做了严格证明。　　(2)针对一类带有量化输入信号和未知外部干扰等特点的控制方向未知不确定非线性系统，探究了其有限时间输出反馈跟踪控制问题。在本章中，为了减轻数字和网络控制系统中由于带宽限制带来的信号传输负担，引入了一种迟滞量化器并且此量化器可以避免量化信号中的抖振。并且构建了非线性扰动观测器来估计未知的外部扰动，不仅减轻了未知外界扰动对非线性系统的影响而且可以提高被控系统的鲁棒性。在控制器的反步控制设计过程中，通过引入命令滤波技术来消除传统反步法对于虚拟控制器反复微分造成的复杂计算问题。根据有限时间Lyapunov控制理论，该系统的有限时间稳定性、观测器误差以及跟踪误差的收敛性可以被证明。　　(3)针对一类带有未知外部干扰和控制方向未知等特点的非严格反馈不确定非线性系统，为其开发了一种基于状态以及扰动观测器的跟踪控制算法。利用模糊逻辑系统强大的辨识能力对系统中未知的非线性函数进行处理，并且构建了一种复合的非线性扰动观测器来解决未知外部扰动对被控系统的影响，进一步提升了被控系统的鲁棒性。引入动态面控制技术来减轻控制器设计的复杂度。应用反步法的设计思想以及有限时间Lyapunov控制理论，开发了一种有限时间跟踪控制算法，然后证明了该控制算法在应用到受控系统时，闭环系统的有限时间稳定性以及闭环系统中所有信号的有界性。最后，仿真算例进一步说明了所提出控制策略的可行性。

关键词：非线性系统自适应模糊控制控制方向未知有限时间

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控制方向未知的非线性多智能体的精确一致性

控制方向未知的非线性多智能体的精确一致性

作者：秦思梦西安电子科技大学

学位级别：硕士

多智能体系统(MASs)由大量相互联系的智能体组成,它具有更智能、更高效的解决问题的能力,因此MASs受到广泛关注。一致性作为MASs协调合作控制的基本问题,目前的研究成果大多数是渐近一致。然而为了达到有限时间区间上的精确一致,自适应... 详细信息

多智能体系统(MASs)由大量相互联系的智能体组成,它具有更智能、更高效的解决问题的能力,因此MASs受到广泛关注。一致性作为MASs协调合作控制的基本问题,目前的研究成果大多数是渐近一致。然而为了达到有限时间区间上的精确一致,自适应迭代学习控制(AILC)方法在多智能体的研究中占了重要地位。通信拓扑对于MASs的一致性控制具有重要意义。有向图的邻接矩阵是不对称的,相比无向图,增加了控制协议设计的难度。而且现实中存在一些MASs的控制方向是未知的。因此,本论文分别对控制方向全部未知以及部分未知的非线性MASs在有向拓扑下的精确一致性问题展开研究。以下是本文的主要研究成果:1.在第三章中,研究在有限时间区间上可重复的控制方向未知的一阶非线性多智能体系统的领导者-跟随者一致性问题。利用Nussbaum增益函数处理MASs的控制方向未知问题,将此增益函数与AILC方法结合,并利用有向图上拉普拉斯矩阵的性质和矩阵理论设计出了控制协议和自适应律,使各跟随者的Nussbaum函数自适应更新,并且得到了在有向拓扑图下达到精确一致性的充分条件,使得所有跟随者在有限时间区间上精确地跟踪上领导者。2.在第四章中,利用AILC方法来研究控制方向未知的二阶非线性MASs在有向拓扑图下的领导者-跟随者输出一致性问题。利用AILC方法结合Nussbaum增益函数,设计出了控制协议和参数自适应律,使得控制方向未知的非线性二阶MASs实现了在有限时间区间上的精确输出一致性。3.在第五章中,研究一类控制方向部分未知的高阶MASs的领导者-跟随者一致性问题。在部分控制方向未知的情况下,设计出基于Nussbaum函数的控制协议,使各跟随者的Nussbaum函数自适应更新。此外,还针对具有不确定时变参数的智能体设计了参数学习律。利用有向图上拉普拉斯矩阵的性质、矩阵理论和迭代学习控制方法,证明了所提出的分布式算法能够使跟随者的输出在有限时间区间上精确地跟踪上领导者的输出。

关键词：多智能体系统一致性自适应迭代学习控制控制方向未知 Nussbaum函数

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控制方向未知的非线性系统有限时间跟踪控制

南京师范大学学报（工程技术版） 2021年第3期21卷 33-41页

作者：孟波刘文慧南京师范大学南瑞电气与自动化学院江苏南京210023

研究了一类具有输入死区以及控制方向未知的严格反馈非线性系统有限时间输出反馈跟踪控制问题.首先,通过坐标变换,将所研究的控制方向未知的非线性系统转化为控制增益已知的等效系统.然后,设计了一个模糊状态观测器来逼近不可测的状态,... 详细信息

研究了一类具有输入死区以及控制方向未知的严格反馈非线性系统有限时间输出反馈跟踪控制问题.首先,通过坐标变换,将所研究的控制方向未知的非线性系统转化为控制增益已知的等效系统.然后,设计了一个模糊状态观测器来逼近不可测的状态,引入Nussbaum函数来解决控制方向未知的困难.基于模糊状态观测器,通过反步法利用变换后的系统间接得到原系统的控制器.此外,该控制器可以保证跟踪误差在有限时间内收敛于原点的一个小邻域,且闭环系统中的所有信号都保持有界.最后,通过一个仿真算例验证了该控制方法的可行性和有效性.

关键词：状态观测器控制方向未知有限时间跟踪控制模糊逻辑系统死区

基于控制方向未知的非线性参数系统的学习控制

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基于控制方向未知的非线性参数系统的学习控制

作者：李焱云南师范大学

学位级别：硕士

智能已然成为是我们这个时代的代表词汇之一。在控制研究领域中,学者们也在紧跟时代的步伐,向智能化控制不断发起挑战,学习控制是其中一个不可或缺的部分。而最具有代表性的学习控制当属迭代学习控制与重复学习控制两种。重复学习控制... 详细信息

智能已然成为是我们这个时代的代表词汇之一。在控制研究领域中,学者们也在紧跟时代的步伐,向智能化控制不断发起挑战,学习控制是其中一个不可或缺的部分。而最具有代表性的学习控制当属迭代学习控制与重复学习控制两种。重复学习控制和迭代学习控制均是可以有效地处理控制系统的两种比较常用的方法和手段,不同的是前者的侧重点在重复性上,后者则着重周期性,控制目标可以在有限(或无限)时间区间上使被控系统对已知目标轨迹实现完全跟踪,其基本思想是通过被控系统上一次迭代(或周期)得到的信息来完善目前迭代(或周期)的控制输入。而自适应控制方法则能够有效地处理含有时不变参数的非线性动力系统的跟踪控制问题。现阶段大多数研究学者所选择的自适应迭代学习控制则是把自适应控制与迭代学习控制相结合,这种方式能够有效地处理非线性系统的跟踪控制问题。本文基于自适应迭代学习控制方法,对几种具有未知控制方向的非线性系统进行了深入研究,主体内容研究可做如下概括:(1)针对一类控制方向未知的一阶混合线性和非线性参数化系统的自适应学习控制问题,提出了一种新的自适应迭代学习控制方法,从而实现了在对齐条件下系统的跟踪误差趋向于零;然后在控制器设计方面利用Nussbaum增益技术解决了系统中未知控制方向问题;接着引入差分型参数自适应学习律有效地清除了系统中未知时变参数的影响;最后利用Lyapunov复合能量函数一定程度上解决了系统的稳定性问题。仿真结果验证了该算法的可行性和有效性。(2)在以上基础上,进一步推广至解决一类控制方向未知的高阶混合线性和非线性参数化非线性系统的自适应学习控制问题。首先利用不等式技巧提出了一种自适应学习控制算法;然后使用Nussbaum方法解决了系统中存在的未知控制方向问题;最后利用Lyapunov复合能量函数证明了被控系统的稳定性及误差的收敛性。仿真结果验证了该算法的可行性和有效性。(3)在以上基础上,研究了一类控制方向未知的一阶混合双线性和非线性参数化非线性系统的自适应学习控制问题。首先,基于Nussbaum函数设计方法提出了对应的自适应迭代学习控制方法,处理了系统中控制方向未知的问题;然后利用不等式技巧设计了参数自适应律,有效地解决了系统中含有时变参数不确定项的干扰;最后通过Lyapunov复合能量函数理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果验证了该算法的可行性和有效性。(4)在以上基础上,进一步推广到解决一类控制方向未知的高阶混合双线性和非线性参数化非线性系统的自适应学习控制问题。首先基于Nussbaum函数的方法和性质设计了一种自适应迭代学习控制算法;然后基于构造Lyapunov复合能量函数证明了闭环系统的稳定性和有界性。仿真结果验证了该算法的可行性和有效性。

关键词：自适应迭代学习控制控制方向未知时变参数非线性参数化不确定性系统

控制方向未知分数阶混沌系统的Nussbaum增益同步

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海军航空工程学院学报 2016年第3期31卷 348-352页

作者：吴梅程继红余名哲张友安烟台毓璜顶医院消防监控室海军航空工程学院科研部 91526部队海军航空工程学院控制工程系

文章将Nussbaum增益控制引入分数阶混沌系统,解决了分数阶混沌系统在存在控制方向未知情况下的同步控制问题。首先,选取了一类稳定的分数阶积分滑模面。然后,结合整数阶Nussbaum增益控制方法与滑模变结构控制理论,设计了一种Nussbaum增... 详细信息

文章将Nussbaum增益控制引入分数阶混沌系统,解决了分数阶混沌系统在存在控制方向未知情况下的同步控制问题。首先,选取了一类稳定的分数阶积分滑模面。然后,结合整数阶Nussbaum增益控制方法与滑模变结构控制理论,设计了一种Nussbaum增益同步控制器。最后,作为例子,实现了分数阶Chen系统和分数阶R?ssler系统在控制系数未知时的混沌同步控制,数值仿真验证了文中方法的正确性和有效性。

关键词：分数阶混沌系统同步 Nussbaum增益控制控制方向未知