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有界控制下单向收敛滑模控制

控制与决策 2011年第3期26卷 473-476页

作者：赵霞姜玉宪吴云洁北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 河北经贸大学信息技术学院石家庄050061

提出一种控制有界情况下状态单向收敛的滑模控制方法.对于二阶系统,单向收敛是指初始状态与状态到达滑动模态的位置位于相平面同一象限的过程.通过分析到达阶段的动态特性,揭示了状态非单向收敛的原因,并提出了一种单向收敛条件,给出了... 详细信息

提出一种控制有界情况下状态单向收敛的滑模控制方法.对于二阶系统,单向收敛是指初始状态与状态到达滑动模态的位置位于相平面同一象限的过程.通过分析到达阶段的动态特性,揭示了状态非单向收敛的原因,并提出了一种单向收敛条件,给出了系统状态单向收敛的区域.将所提出的方法应用于具有单向收敛要求的交会对接控制系统,结果验证了所提出方法的有效性.

关键词：滑模控制到达阶段有界控制交会对接

有界控制下线性连续系统的标准型可控区域的研究

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有界控制下线性连续系统的标准型可控区域的研究

作者：韩雪莉华中科技大学

学位级别：硕士

在20世纪中期,控制理论和技术已经在多领域得到了广泛的应用,而线性控制系统在自动控制或自动控制理论中占有极重要的位置.在控制理论中,能控性,能观测性及稳定性是线性系统的基本结构特征.可控性作为其最经典的理论之一,回答了系统的... 详细信息

在20世纪中期,控制理论和技术已经在多领域得到了广泛的应用,而线性控制系统在自动控制或自动控制理论中占有极重要的位置.在控制理论中,能控性,能观测性及稳定性是线性系统的基本结构特征.可控性作为其最经典的理论之一,回答了系统的状态能否由控制函数来控制的问题,可控性问题是系统的控制输入是否具有影响系统中每一个状态的能力,且因为状态之间的关联性以及状态对系统特征的不同影响作用,所以研究线性系统是否可控以及系统的可控区域有重大意义.控制的能力总是有限的,因此在有界控制下研究线性系统的可控区域具有实际意义.而本文主要是在控制函数有界前提下,对线性连续系统的可控区域直接进行研究.在线性系统中,可控与可达是等价的.线性系统在有界控制下,对于二维和三维线性定常系统,时变系统可达集范围的研究,一些论文都有所介绍和研究,但对可控区域的研究很少.由于系统的标准型与对应的系统具有相同的可控性,且系统的标准型的形式更简单且统一.因此本文就是在有界控制下,对标准型下的线性系统的可控区域进行研究.本文的主要工作有:首先,由于在有界控制下系统只满足Kalman秩条件是不能说明系统一定可控的,同时给出线性连续系统在有界控制下完全可控的充分必要条件及证明;其次,在有界控制下,对于二维线性定常系统的标准型,给出系统可控区域的范围与系数矩阵和系数矩阵的特征值的关系;最后对于标准型下的三维线性定常系统,找出对应系统可控区域的范围与系数矩阵和系数矩阵的特征值的关系.

关键词：线性连续系统可控性有界控制标准型完全可控可控区域

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基于自适应观测器的CSTR系统有界控制

控制工程 2011年第1期18卷 18-21页

作者：宋运忠陈辉河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003

为确保控制器输出在其允许的物理限制范围内和克服进料流速波动对期望浓度响应的影响,针对连续搅拌槽反应釜(CSTR)系统,采用了一种出口浓度控制和进料流速估计的算法,这种简单的控制策略考虑到作为输入变量的冷却剂流速的有界属性,借助... 详细信息

为确保控制器输出在其允许的物理限制范围内和克服进料流速波动对期望浓度响应的影响,针对连续搅拌槽反应釜(CSTR)系统,采用了一种出口浓度控制和进料流速估计的算法,这种简单的控制策略考虑到作为输入变量的冷却剂流速的有界属性,借助自适应观测器得到进料流速和系统状态。由于考虑了进料流速波动的影响,所提策略对实际生产中由于设备长期运行造成的进料管内污垢的累积导致的流速降低、调节阀或传感器故障导致的流速扰动等具有较强的适应性,同时自适应观测器的输出也可对设备的健康诊断提供技术支持,为非线性过程控制对象的控制、检测和诊断的一体化提供了一种选择。通过Matlab仿真验证了算法的有效性,结果表明控制器和自适应观测器参数整定简单,具有很好的稳定性和鲁棒性。

关键词： CSTR系统有界控制自适应观测器

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多机器人的协同路径跟踪有限时间有界控制

多机器人的协同路径跟踪有限时间有界控制

作者：纪成航东南大学

学位级别：硕士

多智能体系统因其强鲁棒性和强适应性,在越来越多的生产科研环境中发挥着无可替代的重要作用,与此同时,提出、改善多智能体之间协同工作的控制方法,也成为了最近的研究热点。本文研究了分别基于一阶和二阶多智能体协同路径跟踪有限时间... 详细信息

多智能体系统因其强鲁棒性和强适应性,在越来越多的生产科研环境中发挥着无可替代的重要作用,与此同时,提出、改善多智能体之间协同工作的控制方法,也成为了最近的研究热点。本文研究了分别基于一阶和二阶多智能体协同路径跟踪有限时间有界控制问题。由于运动状态的限制和多控制任务(跟踪、编队、有限时间、饱和控制)的复杂性,使得已有的基于有限时间的控制方法无法沿用。为此,本文对势能函数进行了再设计,并在此基础上进而给出了协同路径跟踪有限时间有界控制律,并给出了系统稳定的条件。仿真验证了所提方法的有效性。此外,基于ROS多机器人平台给出了协同路径跟踪控制算法的实验验证。本文主要完成了以下工作:一、针对一阶多智能体系统协同路径跟踪有限时间有界控制问题,已有的基于运动受限的势能函数会造成系统不满足有限时间稳定性条件,因而再设计了势能函数,给出了基于势能函数再设计的协同路径跟踪有限时间有界控制律,并利用李亚普洛夫稳定性理论给出了系统稳定的条件,仿真验证了所提方法的有效性。二、针对二阶多智能体系统协同路径跟踪有限时间有界控制问题,进一步给出了势能函数所需满足的额外条件,再结合饱和嵌套技术和反步设计法,给出了基于势能函数再设计的协同路径跟踪有限时间有界控制律,并利用李亚普洛夫稳定性理论给出了系统稳定的条件,仿真验证了所提方法的有效性。三、为了更好地验证前两个内容在实际应用中效果,建立了基于通讯的多机器人实验平台。基于ROS仿真平台完成了机器人仿真实验。并在此基础上,完成了实物实验。

关键词：多智能体系统协同路径跟踪有界控制有限时间控制机器人实验

基于自适应观测器的CSTR系统有界控制的研究

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基于自适应观测器的CSTR系统有界控制的研究

作者：陈辉河南理工大学

学位级别：硕士

连续搅拌反应釜(CSTR)是化工生产过程中的重要设备,反应过程中伴随着大量的放热现象,CSTR系统具有时变、非线性和时滞等特点,反应机理复杂且参数在系统反应过程中时变。控制的目的是设计合适的控制器使系统在不确定性的影响下确保系统... 详细信息

连续搅拌反应釜(CSTR)是化工生产过程中的重要设备,反应过程中伴随着大量的放热现象,CSTR系统具有时变、非线性和时滞等特点,反应机理复杂且参数在系统反应过程中时变。控制的目的是设计合适的控制器使系统在不确定性的影响下确保系统的输出跟踪期望输出值。传统的PID控制器依赖于被控对象的精确数学模型,因此传统的PID控制无法实现对CSTR系统的精确控制。针对CSTR系统本文提出了一种出口浓度控制和进料流速估计的算法,这种简单的控制策略考虑到作为输入变量的冷却剂流速的有界属性,确保控制信号在其物理限制内变化,控制器不需要反馈所有的过程状态就可以确保期望浓度的稳定。通过自适应观测器来观测进料流速,以确定CSTR系统的维护。控制器和自适应观测器参数整定简单,通过仿真验证算法的有效性,结果表明其具有很好的稳定性和鲁棒性。

关键词： CSTR系统有界控制自适应观测器

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主动升沉补偿系统有界控制研究

主动升沉补偿系统有界控制研究

作者：武浩浙江大学

学位级别：硕士

海洋具有丰富的能源与资源,随着人口数量的日益增加,陆地上可使用的能源、资源等日益减少甚至竭尽,人们对海洋的探索与开发形式越来越多样化。在这个基础上具备相对完善的海上开采设备就显得尤为重要。在众多海洋开采施工中,水下作业时... 详细信息

海洋具有丰富的能源与资源,随着人口数量的日益增加,陆地上可使用的能源、资源等日益减少甚至竭尽,人们对海洋的探索与开发形式越来越多样化。在这个基础上具备相对完善的海上开采设备就显得尤为重要。在众多海洋开采施工中,水下作业时很重要的一个组成部分,但是由于受波浪、洋流、海风等干扰,海工装备会产生6个方向的自由运动,使得水下工作设备位置受到影响、难以精确控制;加装液压缸式升沉补偿装置后,又由于液压缸行程有界,容易产生碰,这些都给海洋作业带来了极大困难。本文将主要针对升沉方向的运动补偿进行研究,主要研究内容如下:第一章,本文在调研了国内外现有升沉补偿系统的发展现状的基础上,分析了现有各深沉补偿系统的优势与不足,发现了液压缸式升沉补偿系统共有的不足:恶劣海况下当船体的升沉超出液压缸最大补偿范围时,若继续按照现有的升沉补偿算法进行补偿,系统将发生严重冲击,本章在分析了这个问题后提出了初步的解决方案。第二章,设计了升沉补偿电液控制系统,对水下拖体的受力情况进行了分析,将电液控制系统简化并进行了数学建模,接着对补偿液压缸的碰撞问题也进行了数学分析。最后进行了升沉补偿系统关键元件的选型,并在Amesim中搭建了系统模型。第三章,在系统数学模型的基础上,提出了基于滑模控制的升沉位置补偿控制算法,并通过Amesim与matlab联合仿真验证了算法的有效性;随后为了说明海工装备升沉超过液压缸行程时造成碰撞的严重性,通过在原有系统上加装开关阀的手段模拟了碰撞工况,并指出基于简单开关阀切换的保护系统在冲击情况下对系统保护作用有限。第四章,旨在通过改进控制算法来解决海况较差时补偿液压缸发生碰撞的问题。从相轨迹入手分析了碰撞的现象,并结合滑模面与有界相平面的关系提出了此有界控制问题的解决办法;讨论了几种解决方案的优缺点后选择基于速度限定的有界控制,最终在之前设计的位移控制器基础上增加了有界控制器,实现大幅值时不产生碰撞、小幅值可正常升沉补偿的目标,这样同时也实现了对补偿液压缸行程的最大利用。最后,用真实海浪数据进行了仿真。第五章,介绍了实验台的基本结构、关键元部件型号及实验台操作方法等。实验开始时首先用多组不同频率不同幅值的正弦信号进行了控制器的相关实验,在此基础上,对真实海浪信号进行了实验并去得了良好的控制效果,证明了本文有界控制器的可行性。第六章,总结工作进展,并指出进一步研究方向。

关键词：海工装备升沉补偿阀控缸联合仿真滑模控制有界控制