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基于模型参考自适应的自学习悬浮控制策略

西南交通大学学报 2023年第4期58卷 799-807页

作者：陈萍史天成于明月单磊沈阳航空航天大学民用航空学院辽宁沈阳110136 沈阳航空航天大学自动化学院辽宁沈阳110136 山东和顺电气有限公司山东肥城271600

针对电磁悬浮列车悬浮控制器因轨道不平顺所引发的未知非线性力和传递函数不确定问题,提出一种基于模型参考自适应的自学习控制方案,控制算法中可调参数根据系统状态、误差和时间调整,使悬浮间隙稳定在恒定数值;学习率根据目标间隙误差... 详细信息

针对电磁悬浮列车悬浮控制器因轨道不平顺所引发的未知非线性力和传递函数不确定问题,提出一种基于模型参考自适应的自学习控制方案,控制算法中可调参数根据系统状态、误差和时间调整,使悬浮间隙稳定在恒定数值;学习率根据目标间隙误差大小动态调节,避免可调参数调节过慢,同时保证在稳定悬浮时间隙波动更小;通过李雅普诺夫稳定性判据证明了模型参考自适应控制系统的稳定性;通过MATLAB/Simulink对所提出的控制方案进行仿真.研究结果表明:自学习模型参考自适应控制算法间隙的均方根误差为0.12,设定合适的可调参数初始值并对其限幅能够提升控制器的鲁棒性;在单悬浮架测试时,控制器获取到加速度信号,所提出算法的上升时间和调节时间分别为1.21 s和2.04 s,该方法学习率可动态调节,提升了控制器的适应能力.

关键词：磁浮列车悬浮控制模型参考自适应李雅普诺夫函数

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ODE–热方程级联系统的事件触发控制

控制理论与应用 2023年第8期40卷 1349-1356页

作者：杨辉宗西举郑泽阳徐秀妮济南大学自动化与电气工程学院山东济南250022 济南大学信息科学与工程学院山东济南250022 陇东学院电气工程学院甘肃庆阳745000

本文针对常微分方程(ODE)耦合偏微分方程(PDE)建模的分布式参数多智能体系统进行研究,针对一致性同步问题,提出了事件触发的网络化ODE–热方程级联系统多智能体一致性边界交互协议.本文考虑的热方程左边界为Neumann边界条件,并且与ODE... 详细信息

本文针对常微分方程(ODE)耦合偏微分方程(PDE)建模的分布式参数多智能体系统进行研究,针对一致性同步问题,提出了事件触发的网络化ODE–热方程级联系统多智能体一致性边界交互协议.本文考虑的热方程左边界为Neumann边界条件,并且与ODE系统耦合,右边界为绝热边界条件.假设网络化多智能体系统的连接方式为全联通有向拓扑图,给出ODE–热方程级联系统的多智能体的一致性控制协议.另外针对现有数字式控制器,设计了事件触发的一致性控制协议,并利用李雅普诺夫函数验证了在事件触发条件下ODE–热方程级联系统的稳定性.最后给出了由5个ODE–热方程级联的多智能体系统的仿真结果,验证了事件触发控制器的有效性.

关键词： ODE–热方程级联系统有向拓扑图多智能体系统李雅普诺夫函数事件触发控制器

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基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制策略

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 566-573页

作者：靖永志冯伟王森马先超郝建华董金文西南交通大学电气工程学院四川成都611756 西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室四川成都611756

针对采用传统线性滑模控制的电磁悬浮系统存在响应速度慢以及抗干扰能力差的问题,提出了一种基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制方法,该方法将自适应控制引入到终端滑模控制,结合滑模控制对扰动不敏感的优点,利用自适应控制对滑模趋近... 详细信息

针对采用传统线性滑模控制的电磁悬浮系统存在响应速度慢以及抗干扰能力差的问题,提出了一种基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制方法,该方法将自适应控制引入到终端滑模控制,结合滑模控制对扰动不敏感的优点,利用自适应控制对滑模趋近律系数进行在线自适应调节,改善悬浮系统的动态性能.首先,建立了电磁悬浮系统数学模型;然后,利用李雅普诺夫稳定理论证明了所设计控制器的稳定性;最后,进行了仿真和实验验证.实验结果表明:自适应非奇异终端滑模对信号跟踪具有更快的响应速度和更小的稳态误差,对峰峰值为2 N的正弦或锯齿干扰力气隙波动可限定在0.2 mm以内,进行0.1 kg加减载实验时气隙波动为0.6 mm,各项性能均优于终端滑模和线性滑模.

关键词：磁悬浮终端滑模自适应控制李雅普诺夫函数

基于钢丝绳张紧轮的矿井摩擦提升系统纵向振动主动控制

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煤炭学报 2023年第6期48卷 2590-2598页

作者：宋延廷宋字宇郝惠敏王鹤黄家海太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

针对落地式摩擦提升机运行过程中产生的纵向振动问题,提出了基于液压张紧轮的纵向振动主动控制方案,该方案将液压张紧轮水平布置在上天轮下方,使得张紧轮输出力垂直于提升钢丝绳,通过控制液压缸输出力改变张紧轮位置以调整钢丝绳张力和... 详细信息

针对落地式摩擦提升机运行过程中产生的纵向振动问题,提出了基于液压张紧轮的纵向振动主动控制方案,该方案将液压张紧轮水平布置在上天轮下方,使得张紧轮输出力垂直于提升钢丝绳,通过控制液压缸输出力改变张紧轮位置以调整钢丝绳张力和系统虚功,从而抵消系统冲击能量,继而减弱系统纵向冲击与振动,使系统快速趋于稳定,并通过增设固定张紧轮调整输出力带来的钢丝绳水平偏移。基于广义Hamilton原理建立了含液压张紧轮的摩擦式矿井提升系统分布式参数模型,依据李雅普诺夫第二稳定性原理设计了一类状态控制器,并通过试验验证了无控制状态下系统分布式参数模型的准确性。以下放工况为例在MATLAB中进行了控制仿真,结果表明基于液压张紧轮的纵向主动控制方案是可行的,且具有良好的减振效果,尤其对于停车制动后的纵向振动抑制效果非常突出;状态控制可将停车阶段产生的最大振动加速度从原始系统的2.59 m/s^(2)降低至1.6 m/s^(2),减幅达到38.22%,收敛至稳定仅耗时0.9 s;作为对比设计的PD控制仅仅将停车阶段的最大纵向振动加速度减小至2.3 m/s^(2),衰减幅度为11.20%,收敛至稳定耗时2.2 s。相较于传统浮动天轮主动控制方案,液压张紧轮减少了执行器高输出负载比。

关键词：摩擦提升机广义Hamilton原理李雅普诺夫函数纵向振动抑制

事件触发改进一致性算法的孤岛运行多逆变器微电网系统分布式二次调频方法

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 476-488,I0004页

作者：董家伟龚春阳包俊朱国忠王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市闵行区200240 上海电力大学电气工程学院上海市浦东新区200090 上海禧龙科技股份有限公司上海市金山区201517 上海正泰电源系统有限公司上海市松江区201614

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现... 详细信息

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现孤岛运行多逆变器微电网系统二次调频。同时,基于该事件触发机制和李雅普诺夫函数,获得最短触发时间下界,完全避免了在短时间内无限次事件触发现象的发生。最后,采用MATLAB/Simulink针对包含4台逆变器并联运行的孤岛微电网系统算例进行仿真,结果表明,提出的方法相比文献采用的基本一致性算法通信量减少99%以上,最短触发时间间隔延长至数十ms量级;同时,由于该文方法不使用功率微分信号,微电网系统的动态性能更好。

关键词：孤岛微电网系统分布式二次调频改进一致性算法事件触发李雅普诺夫函数

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磁性微型机器人神经自适应轨迹跟踪控制

机器人 2023年第6期45卷 683-690页

作者：刘跃跃王浩羽张加易樊启高江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

针对复杂环境和不确定的动态模型问题,提出了一种自适应神经网络控制算法,并且基于李雅普诺夫理论保证了闭环系统的稳定性。相较而言,基于模型的控制策略需要精准地知道微机器人的动力学以及周围环境参数,而本文提出的基于径向基函数神... 详细信息

针对复杂环境和不确定的动态模型问题,提出了一种自适应神经网络控制算法,并且基于李雅普诺夫理论保证了闭环系统的稳定性。相较而言,基于模型的控制策略需要精准地知道微机器人的动力学以及周围环境参数,而本文提出的基于径向基函数神经网络的状态反馈控制策略可以有效地根据状态与期望轨迹在线估计系统模型的不确定项。最后,在所开发的磁场驱动的微型机器人系统上进行了2项实验并进行了对比,以验证所提出的控制器的有效性。结果表明,曲线与直线的轨迹跟踪均方根误差分别达到6.2204像素与6.4279像素,明显优于传统的PID(比例-积分-微分)算法。

关键词：磁性微机器人自适应神经网络参数不确定李雅普诺夫函数轨迹跟踪

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网络化热方程的集中事件触发控制

控制理论与应用 2023年第8期40卷 1401-1407页

作者：刘浩宗西举郑江涛徐秀妮济南大学自动化与电气工程学院山东济南250022 济南大学信息科学与工程学院山东济南250022 陇东学院电气工程学院甘肃庆阳745000

本文对热方程建模的分布式参数化多智能体系统进行研究,设计了基于事件触发控制下的一致性边界控制器,将网络化热方程的状态驱动到相同的稳定状态.其中每一个子系统的边界信息能被测量,并且所有的智能体由无向静态拓扑连接.事件触发控... 详细信息

本文对热方程建模的分布式参数化多智能体系统进行研究,设计了基于事件触发控制下的一致性边界控制器,将网络化热方程的状态驱动到相同的稳定状态.其中每一个子系统的边界信息能被测量,并且所有的智能体由无向静态拓扑连接.事件触发控制器由以下两部分组成:一是基于网络拓扑的边界局部交互作用,驱动所有子系统达到相同的状态;二是由事件触发条件建立的触发时刻.本文证明了在事件触发的边界一致性控制下两个连续触发时刻之间存在最小停留时间以避免Zeno现象;同时利用李雅普诺夫函数分析并保证了闭环系统的稳定性和适定性.最后,给出了由5个热方程组成的多智能体系统的仿真算例,结果证实了本文所设计事件触发控制器的真实性.

关键词：分布式参数多智能体系统事件触发控制网络化热方程边界一致性控制李雅普诺夫函数

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基于非线性滑模的衍射薄膜自适应跟踪控制

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2022年第6期39卷 696-706页

作者：马松靖宋祥帅李军孙瑜奇王钰尧哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001 中国船舶集团有限公司第七○八研究所上海210110

设计了一种用于薄膜衍射成像系统的非线性滑模自适应控制器,以实现对大直径镜阵列中子阵列姿态的精确指向。通过推导基于误差四元数和角速度的运动学和动力学方程,设计衍射薄膜子镜阵列控制器进而实现精确指向。利用李雅普诺夫方法证明... 详细信息

设计了一种用于薄膜衍射成像系统的非线性滑模自适应控制器,以实现对大直径镜阵列中子阵列姿态的精确指向。通过推导基于误差四元数和角速度的运动学和动力学方程,设计衍射薄膜子镜阵列控制器进而实现精确指向。利用李雅普诺夫方法证明了控制器的全局稳定性。该控制器通过自适应地识别每个子镜系统的惯性矩阵,使其对有界扰动和惯性参数的变化具有鲁棒性。同时引入了连续反正切函数,有效防抖。仿真结果表明,在存在转动惯量矩阵不确定性和各种扰动的情况下,所设计的控制器能够保证各子镜中衍射膜的准确跟踪。

关键词：姿态跟踪滑模控制衍射成像光学成像系统李雅普诺夫函数

基于改进动态系统稳定估计器的机器人技能学习方法

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自动化学报 2022年第7期48卷 1771-1781页

作者：金聪聪刘安东 LIU Steven 张文安浙江工业大学信息工程学院杭州310023 德国凯泽斯劳滕工业大学电气与计算机工程系德国凯泽斯劳滕67663

提出一种基于改进动态系统稳定估计器的机器人技能学习方法.现有的动态系统稳定估计器方法可以通过非线性优化来确保学习系统的全局稳定性,但是存在确定高斯混合分量个数困难以及稳定性和精度无法兼顾的问题.因此,根据贝叶斯非参数模型... 详细信息

提出一种基于改进动态系统稳定估计器的机器人技能学习方法.现有的动态系统稳定估计器方法可以通过非线性优化来确保学习系统的全局稳定性,但是存在确定高斯混合分量个数困难以及稳定性和精度无法兼顾的问题.因此,根据贝叶斯非参数模型可以自动确定合适分量个数的特性,采用狄利克雷过程高斯混合模型对演示进行初始拟合.随后利用参数化二次李雅普诺夫函数重新推导新的稳定性约束,有效地解决了动态系统稳定估计器方法中稳定性和精度难以兼顾的问题.最后,在LASA数据库和Franka-panda机器人上的实验验证了新方法的有效性和优越性.

关键词：示教学习动态系统贝叶斯非参数模型高斯混合模型李雅普诺夫函数