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一种改进的紧格式无模型自适应控制方法

控制与决策 2021年第2期36卷 436-442页

作者：庞中华马标宋文太刘国平北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室北京100144 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司安全控制技术研究院北京100070 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

针对一类由一般非线性函数描述的离散时间非线性系统,采用等价动态线性化技术,提出一种改进的紧格式无模型自适应控制(iCF-MFAC)方法.iCF-MFAC方法的自适应控制律包含两项:时变比例控制项和时变积分控制项,与只有一项时变积分项的原CF-M... 详细信息

针对一类由一般非线性函数描述的离散时间非线性系统,采用等价动态线性化技术,提出一种改进的紧格式无模型自适应控制(iCF-MFAC)方法.iCF-MFAC方法的自适应控制律包含两项:时变比例控制项和时变积分控制项,与只有一项时变积分项的原CF-MFAC方法相比,iCF-MFAC方法具有更好的通用性和灵活性,并能够提供更好的动态控制性能.其次,将iCF-MFAC方法与具有类似控制器结构的基于全格式动态线性化技术的无模型自适应控制方法进行对比分析,在相同控制器参数作用下,iCF-MFAC方法具有更快的输出响应.最后,从理论上证明闭环iCF-MFAC系统的收敛性和稳定性,并分别通过数值仿真和真实实验验证所提出方法的有效性和可行性.

关键词：数据驱动控制无模型自适应控制非线性系统紧格式动态线性化

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线驱连续型机械臂无模型自适应控制

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 116-121页

作者：郑先杰丁萌武海雷郭毓南京理工大学自动化学院江苏南京210094 上海航天控制技术研究所上海201109

针对连续型机械臂建模与控制问题,提出了一种基于无模型自适应控制的线驱连续型机械臂末端三维空间位置控制算法.根据机械臂驱动线缆长度变化和末端位置,采用紧格式动态线性化方法,将连续型机械臂的复杂非线性模型等价为增量式动态线性... 详细信息

针对连续型机械臂建模与控制问题,提出了一种基于无模型自适应控制的线驱连续型机械臂末端三维空间位置控制算法.根据机械臂驱动线缆长度变化和末端位置,采用紧格式动态线性化方法,将连续型机械臂的复杂非线性模型等价为增量式动态线性时变模型,在此基础上,设计了伪雅可比矩阵估计及重置算法及末端位置无模型自适应控制算法,具有不依赖系统数学模型和控制器参数自适应的优点.建立了连续型机械臂的ADAMS虚拟样机,并与Matlab进行联合仿真,验证了所提方法的有效性.

关键词：线缆驱动连续型机械臂三维空间无模型自适应控制紧格式动态线性化

紧格式无模型自适应控制在四旋翼飞行器中的应用

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电光与控制 2024年第6期31卷 87-93页

作者：丁勇军王建宏罗熙张金龙江西理工大学电气工程与自动化学院江西赣州341000

为解决难以建立自适应离散变结构控制的受控系统数学模型问题,提出一类改进的基于紧格式离散时间非线性系统的无模型自适应控制(ICF-MFAC)方法。首先,在仅有一项时变积分项的CF-MFAC方法中加入误差反馈输出控制项,使得控制器具有在线整... 详细信息

为解决难以建立自适应离散变结构控制的受控系统数学模型问题,提出一类改进的基于紧格式离散时间非线性系统的无模型自适应控制(ICF-MFAC)方法。首先,在仅有一项时变积分项的CF-MFAC方法中加入误差反馈输出控制项,使得控制器具有在线整定内部参数的优势,提高系统的动态性能。然后,通过严格的数学推导对ICF-MFAC方法进行收敛性证明,理论分析表明,ICF-MFAC方法提高了伪偏导数估计值的利用率,加快了系统的响应速度。最后,在四旋翼飞行器中进行仿真实验,与CF-MFAC方法相比,改进的控制方法控制误差减小6.12%,且无超调、跟踪误差小,始终保持良好的控制效果和鲁棒性。

关键词：数据驱动控制无模型自适应控制误差反馈控制紧格式动态线性化收敛性

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煮糖结晶过程数据驱动控制方法

江苏农业科学 2016年第11期44卷 405-408页

作者：蒙艳玫谢延鹏郑康元余弦陆冠成广西大学机械工程学院广西南宁530004

煮糖结晶过程是蔗糖生产行业唯一没有实现全自动化的工序,由于该过程存在大时滞、非线性的特点,目前的研究尚难以从机理模型方向对煮糖结晶过程进行控制。针对煮糖结晶过程尚未实现全自动化的问题,研究基于紧格式动态线性化的无模型自... 详细信息

煮糖结晶过程是蔗糖生产行业唯一没有实现全自动化的工序,由于该过程存在大时滞、非线性的特点,目前的研究尚难以从机理模型方向对煮糖结晶过程进行控制。针对煮糖结晶过程尚未实现全自动化的问题,研究基于紧格式动态线性化的无模型自适应数据驱动控制方法。结合煮糖结晶过程控制的实际要求,对数据驱动控制系统框架进行设计与实现。利用紧格式动态线性化方法构建动态线性化模型,将非线性系统线性化。实现无模型自适应控制和预测控制的融合,既保留了无模型自适应控制单调收敛性和有界输入输出稳定性的显著特点,又加入预测控制方法控制效果好、鲁棒性强的优点。与比例-积分-导数(proportion-integral-derivate,简称PID)控制方法的仿真对比分析表明,所用方法取得了更好的控制效果,验证了基于紧格式动态线性化的无模型自适应数据驱动方法的有效性和优越性。

关键词：煮糖结晶过程数据紧格式动态线性化无模型自适应控制预测控制仿真

基于Bouc-Wen动态模型的压电微定位平台控制方法研究

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基于Bouc-Wen动态模型的压电微定位平台控制方法研究

作者：孙丽媛吉林大学

学位级别：硕士

压电陶瓷材料作为智能材料,在精密定位等领域应用广泛。以压电材料为核心材料的压电陶瓷驱动器因具有频率响应快、动态性能好、分辨率高等优点而广泛应用在微米级甚至纳米级定位技术领域。然而压电陶瓷材料固有的迟滞非线性在很大程度... 详细信息

压电陶瓷材料作为智能材料,在精密定位等领域应用广泛。以压电材料为核心材料的压电陶瓷驱动器因具有频率响应快、动态性能好、分辨率高等优点而广泛应用在微米级甚至纳米级定位技术领域。然而压电陶瓷材料固有的迟滞非线性在很大程度上制约着定位精度,甚至会导致系统震荡,因此减小甚至消除迟滞非线性的影响是一个必须要解决的问题。本文以压电微定位平台为研究对象,建立精确的动态迟滞模型描述其迟滞非线性。设计一系列控制器作用于压电微定位平台,最终达到减小甚至消除迟滞非线性的目的,实现压电微定位平台微米级定位控制。本文的主要研究内容如下:建立能精确描述压电微定位平台迟滞非线性的动态模型。本文建立Bouc-Wen动态模型,该模型由两部分串联组成,一部分为不对称静态Bouc-Wen模型,其参数是通过头脑风暴优化算法辨识得到的,另一部分是可以描述动态特性的小脑模型神经网络,其权值是通过δ学习规则在线调整的。通过实验验证了该动态模型的有效性。基于建立的迟滞模型设计控制器。首先通过直接法建立不对称静态Bouc-Wen逆模型,并将该逆模型与压电微定位平台直接串联实现逆补偿控制。在不同频率正弦信号激励下,实验证明了逆补偿前馈控制器可以在低频条件下有效地消除迟滞非线性对平台定位精度的影响。为了改善高频条件下的控制精度,进一步设计递归小脑模型神经网络控制器作为复合控制器,通过梯度下降法在线调节权值,并通过Lyapunov理论证明了权值调整算法的收敛性。实验证明了复合控制器可以在不同频率和波形的驱动信号下有效消除迟滞非线性对压电微定位平台定位精度的影响。基于数据驱动理论设计无模型离散终端滑模控制器。为了进一步提高控制精度,更加有效的消除迟滞非线性,首先采用紧格式动态线性化方法进行系统描述,消除未建模动态对控制精度的影响,然后采用单步延迟方法估计系统外部扰动,最后设计离散终端滑模控制器消除迟滞非线性和系统外部扰动。实验结果证明了该控制器在不同频率和波形的驱动信号下均能够更好地消除迟滞对压电微定位平台定位精度的影响。

关键词：压电微定位平台迟滞非线性 Bouc-Wen动态模型逆模型前馈补偿控制小脑模型神经网络紧格式动态线性化离散终端滑模控制

船舶推进电机的无模型自适应滑模矢量控制方法

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船舶推进电机的无模型自适应滑模矢量控制方法

作者：闫成阳青岛科技大学

学位级别：硕士

吊舱推进电机是一个复杂非线性系统,不仅存在负载突变、螺旋桨推力系数和转矩系数实时变化、摩擦伴流和波浪伴流等变化造成的参数不确定问题;而且推进电机传动结构上省略了中间轴系设备,易受到海风、海浪等各种未知情况造成的负载扰动影... 详细信息

吊舱推进电机是一个复杂非线性系统,不仅存在负载突变、螺旋桨推力系数和转矩系数实时变化、摩擦伴流和波浪伴流等变化造成的参数不确定问题;而且推进电机传动结构上省略了中间轴系设备,易受到海风、海浪等各种未知情况造成的负载扰动影响;因此,实际应用中通过机理建模等方法建立推进电机与环境模型,并基于模型对推进电机进行高精度控制存在一定局限性。本文基于无模型自适应控制算法和滑模控制算法,考虑船舶在海上航行和靠港工况下,推进电机存在的模型不确定性以及未知扰动等不确定性因素,利用推进电机运行过程中产生的I/O数据,提高控制系统的自适应性和控制精度。具体研究内容如下:1、针对吊舱推进电机系统模型建立困难、控制精度低的问题,提出推进电机无模型自适应预测矢量控制方法。该方法利用推进电机非线性离散系统当前时刻和未来时刻的输入输出数据,建立系统数据模型以及多步预测方程。然后,将电机最小转速误差作为最优指标进行控制器设计,进一步在控制器中加入误差反馈修正项避免持续偏差带来的控制失调。仿真结果验证了所提控制方法应用于推进电机控制系统的有效性。2、针对复杂海况下吊舱推进电机存在的负载扰动和未知干扰问题,提出基于紧格式动态线性化的滑模矢量控制方法。该方法通过紧格式动态线性化建立含时变参数和负载扰动项的推进电机数据模型,并设计基于最小转速跟踪误差指标的滑模控制器,利用神经网络观测器对控制器中的未知负载扰动项进行估计和补偿。仿真验证表明,该方法有效提高了系统的鲁棒性。3、针对船舶推进系统中推进电机之间存在复杂耦合,导致推进电机协同驱动困难、抗扰能力差的问题,提出基于无模型自适应终端滑模的船舶推进系统同步控制方法。通过引入虚拟推进电机环节改进偏差耦合控制结构,根据虚拟推进电机与推进电机的转速差设计转速同步补偿器,并利用紧格式动态线性化得到推进电机系统数据模型。进一步,利用等效控制原理结合无模型自适应控制和终端滑模控制方法,设计具有强鲁棒性的无模型自适应终端滑模同步矢量控制方法。最后,仿真验证了所提控制方法能够有效提高系统转速同步性能和抗扰性能。

关键词：推进电机紧格式动态线性化滑模控制扰动观测器转速同步

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几类非线性系统的无模型预测控制器设计

几类非线性系统的无模型预测控制器设计

作者：田野曲阜师范大学

学位级别：硕士

在现代控制理论中,控制器都是在被控对象的数学模型精确已知这个条件的基础上来设计的.然而由于建模过程中存在未建模的动态和各种不确定性因素,使得基于模型的控制方法在实际的生产应用中常常不能达到预期的效果.与此同时,随着科学技... 详细信息

在现代控制理论中,控制器都是在被控对象的数学模型精确已知这个条件的基础上来设计的.然而由于建模过程中存在未建模的动态和各种不确定性因素,使得基于模型的控制方法在实际的生产应用中常常不能达到预期的效果.与此同时,随着科学技术的发展,工业化生产的规模越来越大,实际生产过程中的非线性程度越来越复杂,无法得到精确的系统模型.无模型预测控制利用受控系统当前的以及历史的数据进行控制器的设计和分析.因此,本文考虑研究不基于精确数学模型的控制方法.本文针对几类离散高阶非线性系统,分别设计了合适的无模型预测控制器使系统达到稳定.本文的工作可以概括为以下三部分:第一,针对一类模型未知的高阶离散非线性系统,提出了一种无模型预测控制算法.首先,利用改进的投影算法来逼近被控非线性系统,给出一个估计模型.基于估计模型,通过求解有限时域滚动优化二次函数,设计预测控制器,得到了控制器的显式解析解,从而保证了系统的稳定性.仿真结果表明,该控制策略具有良好的稳定性和鲁棒性,且与无模型滑模控制相比该控制策略具有更快的收敛速度和更稳定的动态特性.第二,针对一类模型未知的高阶离散非线性切换系统,提出了一种无模型预测控制算法.首先,针对每个子系统采用紧格式动态线性化技术,利用改进的投影算法来逼近被控非线性子系统,给出子系统的估计模型.基于估计模型,通过求解有限时域滚动优化二次函数,得到子系统控制器的显式解析解.最后设计了切换律使得系统在不同的子系统之间切换时仍能保证系统的稳定性.仿真验证了该控制策略的有效性.第三,针对一类模型未知的高阶离散非线性不对称系统,提出了一种无模型预测控制算法.首先,根据不对称系统的动态特性针对正反模型分别采用紧格式动态线性化技术,利用改进的投影算法来逼近被控非线性系统,得到估计模型.基于估计模型,通过求解有限时域滚动优化二次函数,得到控制器的显式解析解.最后设计了切换律使得系统在正反模型之间合理切换,从而保证整个系统的稳定性.仿真验证了该控制策略的有效性.

关键词：非线性系统无模型预测控制紧格式动态线性化改进的投影算法

多变量系统的变时滞无模型自适应广义预测控制

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黑龙江科技大学学报 2020年第5期30卷 519-524页

作者：侯小秋黑龙江科技大学电气与控制工程学院哈尔滨150022

针对难以建立数学模型的时变时滞多变量复杂非线性系统,利用改进的具有辅助向量多变量紧格式动态线性化方法建立了系统泛模型。结合多变量广义预测控制,采用具有克服算法病态的直接极小化指标函数,提出自适应控制寻优方法,给出了目标函... 详细信息

针对难以建立数学模型的时变时滞多变量复杂非线性系统,利用改进的具有辅助向量多变量紧格式动态线性化方法建立了系统泛模型。结合多变量广义预测控制,采用具有克服算法病态的直接极小化指标函数,提出自适应控制寻优方法,给出了目标函数的加权系数参数的在线优化算法,可在线优化加权系数参数的变时滞多变量无模型自适应广义预测控制。结果表明,提出的广义预测控制具有无模型自适应控制算法、预测控制与控制参数寻优的功能,系统具有良好的控制性能。

关键词：无模型自适应控制广义预测控制紧格式动态线性化变时滞控制参数优化

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在线修正参数的变时滞无模型滤波PID控制

黑龙江科技大学学报 2018年第4期28卷 399-404页

作者：侯小秋黑龙江科技大学电气与控制工程学院哈尔滨150022

针对已有的单变量紧格式动态线性化泛模型只适用于干扰为常值或慢变化的问题,提出一种改进的变时滞紧格式动态线性化泛模型。通过在泛模型逼近处理时引入辅助变量,使泛模型的偏导数参数具有唯一性。采用滤波PID控制,基于可克服算法病态... 详细信息

针对已有的单变量紧格式动态线性化泛模型只适用于干扰为常值或慢变化的问题,提出一种改进的变时滞紧格式动态线性化泛模型。通过在泛模型逼近处理时引入辅助变量,使泛模型的偏导数参数具有唯一性。采用滤波PID控制,基于可克服算法病态的直接极小化自适应控制算法,给出一在线修正PID控制参数的无模型自适应控制算法。仿真结果表明,该算法具有优良的控制品质。所提控制算法具有在线修正参数和无模型自适应控制功能,可用于高频干扰和随机干扰的情形。

关键词：无模型自适应控制滤波PID控制紧格式动态线性化变时滞