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基于未知状态估计器和改进跟踪微分器的柔性关节预设性能反演控制

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2023年第3期40卷 336-353页

作者：宋传明杜钦君庞浩李存贺焦提操山东理工大学电气与电子工程学院淄博255049

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造... 详细信息

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数,并基于该函数设计反演控制器,用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下,使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题,设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明,在未建模动态和外部未知干扰的影响下,所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围,有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。

关键词：柔性关节未知状态估计器跟踪微分器预设性能控制反演控制

TCP/AWM网络系统的事件触发预设性能拥塞控制

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控制理论与应用 2023年第3期40卷 450-458页

作者：谢海修井元伟东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819

研究了具有非响应用户数据报协议流干扰的TCP/AWM网络系统的跟踪控制问题.针对网络拥塞控制系统,给出了一种改进的网络模型.将预设性能控制和事件触发机制相结合,提出了一种新的AWM拥塞控制算法.利用改进的边界性能函数限制TCP/AWM网络... 详细信息

研究了具有非响应用户数据报协议流干扰的TCP/AWM网络系统的跟踪控制问题.针对网络拥塞控制系统,给出了一种改进的网络模型.将预设性能控制和事件触发机制相结合,提出了一种新的AWM拥塞控制算法.利用改进的边界性能函数限制TCP/AWM网络系统的队列跟踪误差,提高了闭环系统的暂态和稳态性能,保证了所有闭环信号都是有界的.此外,采用基于一位信号传输的事件触发控制协议,当控制信号更新时,仅通过一个二进制信号(0或1)传输信息.与传统的事件触发控制协议相比,不仅考虑了有限的带宽,而且考虑了网络传输的成本以及安全性问题.最后,通过仿真验证和分析,证明了所提方法的可行性和优越性.

关键词： TCP/AWM网络拥塞控制预设性能控制事件触发控制一位信号传输

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网联车辆有限时间滑模预设性能队列控制

控制理论与应用 2023年第11期40卷 1891-1902页

作者：高振宇孙振超郭戈东北大学秦皇岛分校控制工程学院河北秦皇岛066004 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110004

针对含有未知扰动和模型不确定的网联车辆预设性能队列控制问题,本文提出了一种基于改进滑模的有限时间队列控制方法.首先,为满足预设性能,设计了一种新型性能函数,保证了跟踪误差在预设时间内收敛到规定区域.其次,提出了一种改进的滑... 详细信息

针对含有未知扰动和模型不确定的网联车辆预设性能队列控制问题,本文提出了一种基于改进滑模的有限时间队列控制方法.首先,为满足预设性能,设计了一种新型性能函数,保证了跟踪误差在预设时间内收敛到规定区域.其次,提出了一种改进的滑模队列控制算法,加快了系统收敛速度,实现了有限时间单车稳定及队列稳定,同时,设计了自适应律,有效解决了扰动及模型不确定问题.最后,进行了MATLAB仿真实验,通过6辆网联车的队列控制仿真验证了所提算法的有效性.

关键词：网联车辆队列控制有限时间稳定滑模控制预设性能控制

垂直起降可重复使用运载火箭全剖面飞行预设性能控制

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航空学报 2023年第23期44卷 172-188页

作者：张亮李丹钰崔乃刚李源中山大学航空航天学院深圳518107 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 南京理工大学能源与动力工程学院南京210000

针对垂直起降可重复使用运载火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求,提出了预设性能控制方法,采用一套控制结构和控制参数,可实现火箭的全剖面飞行控制。首先,建立了垂直起降可重复使用运载火箭的7... 详细信息

针对垂直起降可重复使用运载火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求,提出了预设性能控制方法,采用一套控制结构和控制参数,可实现火箭的全剖面飞行控制。首先,建立了垂直起降可重复使用运载火箭的7个飞行阶段动力学模型,同时为减少制导指令切换产生的突变,设计了二阶系统参考模型,并基于参考模型推导了姿态跟踪误差状态方程。其次,设计了一种新型的具有指定收敛时间特性的预设性能函数,并推导了新的误差变量,建立了控制模型。然后,基于新的误差变量推导了具有预定时间收敛特性的姿态控制律,并证明了其稳定性。最后,为进一步提高鲁棒性,引入自抗扰控制中的扩张状态观测器理念,对新误差变量的二阶导数和外界扰动进行估计,从而降低了控制器的复杂度,提高了控制精度。通过与比例微分(PD)控制器、自抗扰滑模控制器和其他预设性能控制器进行仿真比较,表明所提出的方法具有参数少、调参简单、精度高和鲁棒性强等优点。

关键词：垂直起降火箭预设性能控制预定时间收敛扩张状态观测器飞行控制

基于有限时间小超调预设性能控制的三维滑模末制导律设计

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航空兵器 2023年第2期30卷 99-107页

作者：李旭叶继坤邵雷唐骁空军工程大学研究生院西安710051 空军工程大学防空反导学院西安710051

为了实现对高速机动目标的特定攻击角拦截,本文结合控制领域的新型控制方法——有限时间小超调预设性能控制设计了新型三维滑模末制导律。为了确保视线角和视线角速率能够在有限时间内收敛至期望值,通过视线角偏差和视线角速率偏差构建... 详细信息

为了实现对高速机动目标的特定攻击角拦截,本文结合控制领域的新型控制方法——有限时间小超调预设性能控制设计了新型三维滑模末制导律。为了确保视线角和视线角速率能够在有限时间内收敛至期望值,通过视线角偏差和视线角速率偏差构建了线性滑模面;在趋近律设计上,基于有限时间小超调预设性能控制分别设计了视线偏航平面和视线俯仰平面的制导指令,保证跟踪误差可以按预设的收敛时间收敛,并且超调量约束在较小范围内,同时引入非线性有限时间观测器对制导指令中包含的目标加速度项进行估计,进一步提高了制导精度。通过仿真可知,本文制导律可以实现不同拦截条件下对目标的特定攻击角拦截,与现有的快速终端滑模制导律相比,可以保证滑模变量在有限时间内小超调收敛,同时实现特定角度打击,拦截机动目标时脱靶量可以控制在1 m以下,提升了系统的稳态性能和瞬态性能。

关键词：预设性能控制有限时间小超调滑模控制三维末制导律攻击角约束机动目标拦截弹

基于复合自适应的Buck变换器预设性能控制

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电子测量与仪器学报 2024年第4期 85-93页

作者：张逸孙金林丁世宏常亚菲邢高勇北京控制工程研究所农业装备技术全国重点实验室江苏大学电气信息工程学院

针对Buck型变换器在复杂环境下发生负载波动时输出电压受扰的问题，提出了一种复合自适应预设性能控制方案以提升其控制效果。首先，利用自适应律对模型中包含负载项的非线性函数进行预测估计，同时通过在自适应律更新过程中构建并行估... 详细信息

针对Buck型变换器在复杂环境下发生负载波动时输出电压受扰的问题，提出了一种复合自适应预设性能控制方案以提升其控制效果。首先，利用自适应律对模型中包含负载项的非线性函数进行预测估计，同时通过在自适应律更新过程中构建并行估计模型获取预测误差，并将预测误差和跟踪误差融合以设计自适应参数更新律。然后，采用广义比例积分观测器来对剩余不确定性和外部扰动进行估计，并在控制律中进行补偿。最后，结合指令滤波反步控制和指定时间预设性能控制技术，提出了Buck型变换器复合自适应预设性能控制方案。所提出的方案保证了对负载波动的高精度预测，避免了在突发情况下输出电压超出预设函数范围，此外还证明了闭环控制系统中的信号收敛性。实验结果表明，复合自适应预设性能控制在负载突然减小的情况下系统最大偏离电压为0.376V，相比于传统自适应反步控制的1.773V减少了78.7%，验证了所提方案的有效性以及优越性。

关键词： Buck型变换器自适应控制反步法非线性控制预设性能控制指令滤波

输入幅值及其变化率受限下的机械臂预设性能控制

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小型微型计算机系统 2024年

作者：王勇王刚王朝立上海理工大学机器智能研究院上海理工大学光电信息与计算机工程学院

针对输入幅值以及输入变化率受限的机械臂轨迹跟踪控制问题，设计了一种新的鲁棒自适应预设性能控制方案。相关控制策略采用嵌套平滑饱和函数约束系统状态以确保闭环系统满足预设的瞬态和稳态性能指标，同时考虑系统控制信号的幅度及其... 详细信息

针对输入幅值以及输入变化率受限的机械臂轨迹跟踪控制问题，设计了一种新的鲁棒自适应预设性能控制方案。相关控制策略采用嵌套平滑饱和函数约束系统状态以确保闭环系统满足预设的瞬态和稳态性能指标，同时考虑系统控制信号的幅度及其变化率的限制，避免系统因控制信号发生突变对系统稳定性产生影响。此外，由于无需对不确定动力学进行估计或者补偿，所提出的控制算法复杂度低，增益选择简单，易于在机械臂系统中实现。最后，通过对机械臂模型进行仿真验证所提出方法的有效性和可行性。

关键词：输入饱和输入变化率受限预设性能控制自适应控制

垂直起降重复使用火箭全剖面飞行预设性能控制

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航空学报 2023年

作者：张亮李丹钰崔乃刚李源哈尔滨工业大学航天学院南京理工大学能源与动力工程学院中山大学航空航天学院

针对垂直起降重复使用火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求，提出了预设性能控制方法，采用一套控制结构与控制参数，可实现火箭的全程飞行控制。首先，建立了垂直起降重复使用火箭的七个飞行阶段... 详细信息

针对垂直起降重复使用火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求，提出了预设性能控制方法，采用一套控制结构与控制参数，可实现火箭的全程飞行控制。首先，建立了垂直起降重复使用火箭的七个飞行阶段动力学模型，同时为减少制导指令切换产生的突变，设计了二阶系统参考模型，并基于参考模型推导了姿态跟踪误差状态方程。其次，设计一种新型的具有指定收敛时间特性的预设性能函数，并推导了新的误差变量，建立了控制模型。然后，基于新的误差变量推导了具有预定时间收敛特性的姿态控制律，并证明了其稳定性。最后，为进一步提高鲁棒性，引入自抗扰控制中的扩张状态观测器理念，对新误差变量的二阶导数以及外界扰动进行估计，从而降低了控制器的复杂度，提高了控制精度。通过与PD控制器、自抗扰滑模控制器和其他预设性能控制器的仿真比较表明，本文提出的方法具有参数少、调参简单、精度高和鲁棒性强等优点。

关键词：垂直起降火箭预设性能控制预定时间收敛扩张状态观测器

输入受限乘波体飞行器非脆弱预设性能神经控制

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航空兵器 2022年第6期29卷 7-14页

作者：卜祥伟姜宝续空军工程大学防空反导学院西安710051 空军工程大学研究生院西安710051

针对传统预设性能控制(Prescribed Performance Control,PPC)方法处理输入受限问题时极易诱发控制奇异的缺陷,为输入受限乘波体飞行器(Waverider Vehicle,WV)提出了一种基于神经逼近的新型非脆弱PPC方法,设计了补偿系统分别处理速度控... 详细信息

针对传统预设性能控制(Prescribed Performance Control,PPC)方法处理输入受限问题时极易诱发控制奇异的缺陷,为输入受限乘波体飞行器(Waverider Vehicle,WV)提出了一种基于神经逼近的新型非脆弱PPC方法,设计了补偿系统分别处理速度控制输入与高度控制输入的饱和问题。进一步,利用补偿系统的状态,构造了新型自适应调整项,并对传统PPC的约束包络进行改进。引入神经网络对WV归一化的未知项进行在线逼近,保证了控制鲁棒性。所提方法的优越性在于弥补了传统PPC方法的脆弱性缺陷,并显著降低了控制复杂度与在线学习量。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性与优越性。

关键词：乘波体飞行器预设性能控制脆弱性神经网络输入受限控制系统武器