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输出误差约束的非线性系统的预定性能反步控制及应用

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燕山大学学报 2021年第2期45卷 180-188页

作者：高红梅王芳华长春宗群阴良魁燕山大学理学院河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 中国科学院科技创新发展中心北京100190

针对带有执行器故障、外界干扰与不确定参数的非线性系统的控制问题,提出自适应预定性能反步控制策略。首先,采用结构简单的障碍Lyapunov函数处理输出误差约束;其次,通过自适应律对不确定参数进行估计,并构造干扰观测器估计综合不确定,... 详细信息

针对带有执行器故障、外界干扰与不确定参数的非线性系统的控制问题,提出自适应预定性能反步控制策略。首先,采用结构简单的障碍Lyapunov函数处理输出误差约束;其次,通过自适应律对不确定参数进行估计,并构造干扰观测器估计综合不确定,解决执行器故障、外界干扰与传统反步控制的“计算爆炸”问题;在此基础上设计预定性能控制器;再次,基于Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性、输出误差满足约束;最后,通过永磁同步电机仿真验证所设计的控制策略的有效性。

关键词：输出误差约束干扰观测器预定性能控制反步控制永磁同步电机

预设时间性能约束下高超声速飞行器的自适应容错控制

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燕山大学学报 2024年第1期48卷 62-76页

作者：杜雨欣王芳温林枝燕山大学理学院河北秦皇岛066004

考虑输出误差约束、不确定和执行器故障影响下的高超声速飞行器的跟踪控制问题,提出自适应容错反步控制策略。首先,设计指数型预设时间性能函数,保证输出误差在预设时间内满足约束要求。其次,通过自适应律解决不确定项和升降舵故障。利... 详细信息

考虑输出误差约束、不确定和执行器故障影响下的高超声速飞行器的跟踪控制问题,提出自适应容错反步控制策略。首先,设计指数型预设时间性能函数,保证输出误差在预设时间内满足约束要求。其次,通过自适应律解决不确定项和升降舵故障。利用跟踪微分器解决“计算爆炸”问题,避免反步控制中对虚拟控制输入的高阶求导。最后,基于Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性,并通过仿真验证所提控制策略的有效性。

关键词：高超声速飞行器输出误差约束故障预设时间性能函数跟踪微分器反步控制

具有时变扰动的四旋翼无人机有限时间预定性能控制

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控制与决策 2022年第12期37卷 3215-3222页

作者：呼忠权华长春张柳柳燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

针对外界扰动、模型不确定性以及输出误差约束情况下的四旋翼无人机轨迹跟踪问题,提出有限时间预定性能控制策略.首先,将无人机动力学模型解耦为姿态子系统和位置子系统;其次,引入误差转换函数和性能约束函数,通过合理设计快速终端滑模... 详细信息

针对外界扰动、模型不确定性以及输出误差约束情况下的四旋翼无人机轨迹跟踪问题,提出有限时间预定性能控制策略.首先,将无人机动力学模型解耦为姿态子系统和位置子系统;其次,引入误差转换函数和性能约束函数,通过合理设计快速终端滑模面,实现转换误差有限时间收敛,从而实现原系统输出误差约束控制;进一步,通过稳定性分析可以得出所设计的控制器能够保证系统有限时间稳定,并且具有良好的暂稳态性能;最后,通过实例仿真验证所设计方法的有效性。

关键词：四旋翼飞行器输出误差约束有限时间预定性能滑模控制

性能约束下高超声速飞行器自适应反步控制研究

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性能约束下高超声速飞行器自适应反步控制研究

作者：温林枝燕山大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器具有极其复杂的特性,已成为国内外航空航天领域的重点研究对象。由于飞行环境复杂且速度极高,高超声速飞行器的跟踪控制问题仍然面临诸多难题。本文针对性能约束、不确定、执行器故障和输入饱和影响下的高超声速飞行器跟... 详细信息

高超声速飞行器具有极其复杂的特性,已成为国内外航空航天领域的重点研究对象。由于飞行环境复杂且速度极高,高超声速飞行器的跟踪控制问题仍然面临诸多难题。本文针对性能约束、不确定、执行器故障和输入饱和影响下的高超声速飞行器跟踪控制问题,采用自适应技术、性能函数方法、障碍Lyapunov函数方法和辅助系统,提出基于反步控制方法的跟踪控制策略,主要内容如下:首先,针对带有输出误差约束和不确定影响下的高超声速飞行器跟踪控制问题,提出预设时间预定性能自适应反步控制策略。采用双曲余割型性能函数解决输出误差的约束问题,保证输出误差在预设时间内满足预定性能要求。设计自适应律处理不确定问题。分别基于动态逆控制方法和反步控制方法设计速度子系统和高度子系统控制器。利用Lyapunov理论证明系统有界稳定且跟踪误差在预设时间收敛到约束范围内。通过对比仿真验证控制策略的有效性。进一步,考虑输出误差约束、执行器故障和不确定影响下的高超声速飞行器跟踪控制问题。构建指数型预设时间预定性能函数处理跟踪误差的非对称约束问题。采用自适应律处理升降舵故障。结合预定性能函数、反步控制、自适应技术设计自适应预设时间预定性能容错反步控制策略。基于Lyapunov理论证明系统有界稳定,且跟踪误差在预设时间收敛到约束范围内。通过对比仿真验证控制策略的有效性。最后,针对全状态约束、输入饱和以及不确定影响下的高超声速飞行器跟踪控制问题,提出自适应障碍反步控制策略。通过非对称障碍函数,确保所有状态满足预先设定的约束条件。构造辅助系统处理输入饱和问题。分别设计速度子系统的自适应障碍控制器和高度子系统的自适应障碍反步控制器。利用Lyapunov理论证明系统有界稳定且所有状态满足约束要求。通过对比仿真验证控制策略的有效性。

关键词：高超声速飞行器输出误差约束全状态约束输入饱和预设时间性能函数反步控制

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时滞非线性多智能体系统的自适应控制研究

时滞非线性多智能体系统的自适应控制研究

作者：沈海西南大学

学位级别：硕士

作为分布式智能控制理论的重要组成部分,多智能体系统的协同控制理论在实际领域中的应用越来越广泛。其中,一致性控制是多智能体系统实现协同控制的基础。所谓的一致性控制,是指为每个智能体设计分布式控制协议,使得智能体在完成协同任... 详细信息

作为分布式智能控制理论的重要组成部分,多智能体系统的协同控制理论在实际领域中的应用越来越广泛。其中,一致性控制是多智能体系统实现协同控制的基础。所谓的一致性控制,是指为每个智能体设计分布式控制协议,使得智能体在完成协同任务时其状态达到某种意义上的一致。然而,在实际应用中,智能体之间存在各种不确定性因素,如状态时滞、输入死区、传感器故障等因素,这些不仅会影响智能体的决策和行为,而且会影响整个系统的一致性。如何针对上述不确定性因素,设计有效的控制算法,提升智能体协同决策的有效性和可靠性,具有重要的意义。因此,本文综合考虑状态时滞、输入死区、非对称输出误差约束以及传感器故障等因素,研究非线性多智能体系统一致性控制问题。主要研究内容如下:(1)针对具有状态时滞和输入死区的多智能体系统,研究其一致性控制问题。首先,通过将死区构造成一个线性项和一个有界扰动项组合的形式来解决非线性输入问题。其次,为了克服时滞对系统的影响,利用Lyapunov-Krasovskii泛函,结合反步法提出了时滞非线性多智能体系统的分布式领航跟随一致性控制协议。该协议能够确保闭环系统半全局有界稳定,并且一致性追踪误差将收敛至原点的一个可调邻域。最后,通过仿真实验验证所提出理论算法的有效性。(2)在上述研究的基础上,进一步研究了带有非对称输出误差约束以及传感器故障的多智能体系统一致性容错控制问题。首先,通过引入非对称障碍Lyapunov函数,使输出误差满足非对称约束条件。其次,采用自适应神经网络控制方法处理传感器故障,并基于反步法提出容错控制协议。该协议确保了一致性追踪误差可以任意小,且使得闭环系统的所有信号有界。最后,通过仿真实验验证所提出控制算法的有效性。

关键词：多智能体系统状态时滞输出误差约束传感器故障一致性控制

基于分布式的多四旋翼无人机固定时间编队跟踪控制

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基于分布式的多四旋翼无人机固定时间编队跟踪控制

作者：马志刚燕山大学

学位级别：硕士

随着科技水平的不断提高,四旋翼无人机凭借其成本低、内耗小和操作简单方便等优点受到各行各业人士的青睐,更被广泛应用于地质勘测、能源搜索、农药喷洒等任务行动中。为了使无人机能够完成更高精度的任务,跟踪性能要求随之不断提高。而... 详细信息

随着科技水平的不断提高,四旋翼无人机凭借其成本低、内耗小和操作简单方便等优点受到各行各业人士的青睐,更被广泛应用于地质勘测、能源搜索、农药喷洒等任务行动中。为了使无人机能够完成更高精度的任务,跟踪性能要求随之不断提高。而且,随着任务复杂程度的提升,单机受其负载能力、续航能力的限制,无法高效完成任务,甚至不满足任务需求。基于此,无人机编队控制成为一项非常有意义的研究课题。本文首先研究单四旋翼无人机的跟踪控制,然后基于分布式编队控制方法研究四旋翼无人机的编队跟踪控制。具体的研究内容如下:首先,针对外界干扰和非对称输出误差约束情形下的单四旋翼无人机跟踪控制问题,设计固定时间控制器。基于非对称障碍Lyapunov函数解决输出误差的约束问题,采用固定时间干扰观测器对外界干扰进行估计,使干扰估计误差在固定时间内收敛到零。根据Lyapunov稳定性理论,证明系统的固定时间稳定性,通过仿真验证控制器的有效性。其次,针对外界干扰以及初始跟踪误差不满足约束条件影响下的四旋翼无人机编队系统,基于非奇异快速终端滑模理论,设计固定时间干扰观测器。结合平移函数与性能函数,构造分布式编队跟踪误差转换形式,将非对称的输出误差约束问题转化为新的误差信号的有界问题。在此基础上,设计分布式固定时间编队跟踪控制器。利用固定时间稳定性理论,证明编队跟踪误差在固定时间内收敛到约束范围。通过仿真验证提出的控制策略的有效性。最后,针对具有外界干扰、时变载荷以及输入时延情形下的四旋翼无人机编队系统,设计基于神经网络的固定时间编队控制策略。引入辅助系统处理输入时延问题,采用径向基神经网络处理系统中因时变载荷引起的不确定问题,同时为了消除滤波误差的影响,设计误差补偿信号。基于固定时间稳定性理论,证明编队跟踪误差在固定时间内有界稳定,并利用仿真验证控制器的有效性。

关键词：四旋翼无人机固定时间控制编队控制外界干扰输出误差约束

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四旋翼无人机分布式编队跟踪控制研究

四旋翼无人机分布式编队跟踪控制研究

作者：高雅丽燕山大学

学位级别：硕士

四旋翼无人机是一种重量轻、造价低、机动性和隐蔽性好,且具有自主飞行功能的小型无人机,能够执行森林火灾监测、交通监管、大气探测、物品运载等飞行任务。尽管无人机具有众多优势,但是无论如何提高单架无人机的效率,单机本身的性能总... 详细信息

四旋翼无人机是一种重量轻、造价低、机动性和隐蔽性好,且具有自主飞行功能的小型无人机,能够执行森林火灾监测、交通监管、大气探测、物品运载等飞行任务。尽管无人机具有众多优势,但是无论如何提高单架无人机的效率,单机本身的性能总是有限的。为了解决这一难题,多无人机编队技术应运而生。本文以四旋翼无人机的编队跟踪控制问题为研究对象,主要研究内容如下:首先,设计有限时间事件触发干扰观测器,在有限时间内实现对外界干扰的估计,同时能够减少观测器的更新次数。结合有限时间控制理论和反步控制,提出分布式有限时间编队跟踪控制器。基于Lyapunov稳定性理论,证明闭环控制系统的有限时间稳定性。通过仿真验证控制策略的优越性和有效性。其次,针对外界干扰和非对称输出误差约束下的四旋翼无人机的编队跟踪控制问题,提出基于图论和反步法的分布式跟踪控制策略,引入非对称障碍Lyapunov函数,保证输出误差的不对称约束;同时,设计干扰观测器估计外界干扰。基于Lyapunov稳定性理论,证明跟踪误差的有界稳定性,且跟踪误差处于预设边界内。利用仿真验证控制策略的有效性。最后,考虑外界干扰、输出误差约束和执行器故障综合影响下的四旋翼无人机的编队跟踪控制问题,提出事件触发容错跟踪控制策略。利用预设时间性能函数,确保输出误差在预先设定的时间进入到约束区间内,同时,采用自适应律估计未知参数和综合不确定的上界,以消除执行器故障和外界干扰的影响。进一步设计事件触发控制器,减少控制器的更新次数。利用Lyapunov稳定性理论,证明跟踪误差的有界稳定性。通过仿真验证控制策略的有效性。

关键词：四旋翼无人机外界干扰输出误差约束分布式编队跟踪控制反步控制事件触发控制干扰观测器