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煤矿救援机器人轨迹跟踪研究

机床与液压 2012年第3期40卷 45-46,86页

作者：张译魏娟西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

介绍煤矿救援机器人的系统构成,包括运动控制卡、伺服驱动系统、位置检测系统、电源系统以及机械本体,并简要介绍各构成部分的作用。采用积分backstepping设计思想设计出轨迹跟踪反馈控制器,并且在MATLAB中进行仿真测试。仿真结果证明,... 详细信息

介绍煤矿救援机器人的系统构成,包括运动控制卡、伺服驱动系统、位置检测系统、电源系统以及机械本体,并简要介绍各构成部分的作用。采用积分backstepping设计思想设计出轨迹跟踪反馈控制器,并且在MATLAB中进行仿真测试。仿真结果证明,所设计的轨迹跟踪控制器可以达到全局渐近稳定。

关键词：煤矿救援机器人轨迹跟踪 backstepping设计方法全局渐近稳定

无初始状态约束的非线性系统有限时间控制算法设计与实现

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无初始状态约束的非线性系统有限时间控制算法设计与实现

作者：王紫妍陕西科技大学

学位级别：硕士

由于实际非线性系统的复杂性和不确定性,长期以来关于非线性系统的研究已成为控制领域的热点与难点之一,学者们均致力于设计更加贴合实际工业环境的控制算法来改善控制性能。有限时间控制理论避免了传统控制律设计方法的局限性,更贴合... 详细信息

由于实际非线性系统的复杂性和不确定性,长期以来关于非线性系统的研究已成为控制领域的热点与难点之一,学者们均致力于设计更加贴合实际工业环境的控制算法来改善控制性能。有限时间控制理论避免了传统控制律设计方法的局限性,更贴合实际需求。近年来,相关领域已经取得了丰硕的研究成果,然而其大都针对于低阶非线性系统,且易受到系统初始状态的干扰,或在控制器设计时出现大量的微分和求导运算,易导致实际系统出现故障。本文以两类复杂非线性系统为研究对象,以有限时间稳定性理论为基础并结合backstepping技术以及滑模控制方法,提出了两种无系统初始状态约束的有限时间控制策略,在减小运算量的同时实现了系统的有限时间收敛。本文的主要研究工作如下:(1)无初始状态约束的有限时间控制算法研究以一类简单的低阶非线性系统为例,提出有限时间控制器基本模型,使得该系统能够在有限时间内收敛到给定的边界,并且收敛时间不被系统初始状态所影响。通过Matlab软件对该控制器基本模型进行数值仿真,证明其有效性和可推广性。随后基于backstepping方法将该低阶有限时间控制算法推广至更具普遍性的高阶严格反馈非线性控制系统中,通过设计合适的Lyapunov函数对系统的稳定性和收敛性进行分析和证明,最后仿真验证了该算法的可行性和适用性。(2)无初始发射条件约束的有限时间制导算法研究考虑三维空间内导弹攻击静止目标的场景,推导出三维非线性弹-目相对运动模型,基于滑模控制理论进行了无初始发射条件约束的有限时间制导律设计,并构造合适的Lyapunov函数分析且证明了所设计的滑模动态面可在有限时间内收敛至零。最后使用Matlab仿真验证该算法的有效性和可行性。结果表明该制导策略有效避免了传统制导方法的局限性,不仅能够满足脱靶量和攻击角度的双重要求,还能适用于不同类型结构的导弹以及不同的初始发射条件。(3)两种有限时间控制算法的仿真实现针对本论文所提出的两种有限时间控制算法,通过Matlab软件对其进行仿真验证。仿真结果表明:这两种有限时间控制算法均能够使非线性系统满足期望性能,具有有效性和可行性。以严格反馈非线性系统为研究对象所设计的有限时间控制算法可使得该系统在有限的时间内收敛到给定边界,且收敛时间不依赖于初始状态;以三维非线性弹-目相对运动模型为研究对象所设计的有限时间制导算法可使导弹精准打击目标,且不受初始飞行条件的影响。

关键词： Lyapunov渐近稳定性非线性系统有限时间稳定 backstepping设计方法滑模控制初始状态约束

含未知虚拟控制系数的非线性系统的自适应模糊控制

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含未知虚拟控制系数的非线性系统的自适应模糊控制

作者：王芳青岛大学

学位级别：硕士

本文主要针对一类状态不可测并含有未知虚拟控制系数的单输入单输出非线性系统的自适应模糊控制问题。基于模糊自适应控制方法、backstepping设计技术和李雅普诺夫稳定性理论,本文提出了设计鲁棒观测器的思路,在所设计的鲁棒观测器基础... 详细信息

本文主要针对一类状态不可测并含有未知虚拟控制系数的单输入单输出非线性系统的自适应模糊控制问题。基于模糊自适应控制方法、backstepping设计技术和李雅普诺夫稳定性理论,本文提出了设计鲁棒观测器的思路,在所设计的鲁棒观测器基础上进一步给出自适应模糊输出反馈控制方案,并给出闭环系统的稳定性分析。具体的研究成果如下:1.针对一类状态变量不可测量并含有未知虚拟控制系数的严格反馈的非线性系统,使用凸组合方法解决未知虚拟控制系数对于观测器设计所造成的困难,构造出受控系统的模糊观测器。进而利用模糊自适应方法和backstepping技术给出基于观测器的输出反馈控制方案,最后进行了闭环系统的稳定性分析,证明了闭环系统信号保持有界,同时系统输出能够会很好的跟踪给定的参考信号。通过数值仿真验证了所提出的控制方案的有效性。2.针对非严格反馈非线性系统,给出了鲁棒观测器的设计方案,进一步基于模糊控制方法和backstepping设计技术构造出模糊自适应控制器。在控制器设计过程中,对非严格反馈部分运用Young不等式及模糊逻辑系统中基函数向量的性质,解决了非严格反馈结构对于backstepping设计所带来的困难,在模糊自适应控制理论的框架下将backstepping设计拓展到一类非严格反馈系统。最后进行了闭环系统的稳定性分析,证明了闭环系统信号保持有界,同时系统输出能够很好的跟踪给定的参考信号。并通过数值仿真验证了所提出的控制方案的有效性。3.针对带死区输入情况的非线性系统的控制问题。死区输入由两部分相加组成,分别是一个线性部分和一个有界非线性部分。而后设计出相应的观测器和控制器。最终,以一个实例仿真证明了理论结果的有效之处。

关键词：死区输入虚拟控制系数 backstepping设计方法自适应模糊控制非线性系统

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非线性时滞系统输出反馈控制

非线性时滞系统输出反馈控制

作者：栾世晗曲阜师范大学

学位级别：硕士

近年来,非线性系统的控制问题已经成为了一个热点课题,而其中许多设计和分析都是针对时间延迟的的非线性系统。神经网络(NN)由于其具有良好的逼近能力,特别适用于控制复杂的非线性系统.进一步基于backstepping方法的自适应神经网络控制... 详细信息

近年来,非线性系统的控制问题已经成为了一个热点课题,而其中许多设计和分析都是针对时间延迟的的非线性系统。神经网络(NN)由于其具有良好的逼近能力,特别适用于控制复杂的非线性系统.进一步基于backstepping方法的自适应神经网络控制研究也成为主要热点之一.本文针对一类带有界干扰项的时间延迟的非线性系统,结合自适应神经网络设计方法和backstepping设计方法,给出了一个基于Lyapunov稳定性原理的鲁棒输出反馈跟踪控制设计.在本篇论文中,我们分别通过设计全阶观测器和降阶观测器两种方法来解决控制问题。论文按照以下结构组织：第一章：介绍所研究课题的背景知识,国内外相关研究状况和本课题研究的理论意义和实际应用。第二章：介绍了本篇论文所用到的径向基神经网络的基本理论知识。主要介绍了应用径向基神经网络逼近非线性函数的方法应用。第三章：研究了一类带有干扰项的的非线性时滞系统的输出反馈控制问题。我们先为系统设计出全阶观测器,并采用backstepping设计方法设计出基于观测器的控制器,最后在改变功能函数的方法辅助下使得闭环系统在半全局有界的意义上是稳定的。第四章：在前面一章的研究的基础上,为非线性时滞系统设计了一个降阶观测器,使得结构更加简单,为工程上实现提供了简便性。第五章：对论文内容进行总结,并提出进一步研究的方向。

关键词：非线性系统时滞系统神经网络输出反馈 backstepping设计方法未建模动态

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时滞反应扩散系统的边界控制

时滞反应扩散系统的边界控制

作者：张阳阳西南大学

学位级别：硕士

偏微分控制领域中一个值得研究的问题是对时滞系统的控制。一般时滞系统的研究,对数学模型的依赖程度很高。目前较理想的控制方案主要是针对线性、时不变和单输入单输出时滞系统。对偏微分时滞系统的研究还很少。本文较系统地研究了一... 详细信息

偏微分控制领域中一个值得研究的问题是对时滞系统的控制。一般时滞系统的研究,对数学模型的依赖程度很高。目前较理想的控制方案主要是针对线性、时不变和单输入单输出时滞系统。对偏微分时滞系统的研究还很少。本文较系统地研究了一类时滞反应扩散系统的边界控制问题。注重其稳定性,采用的基本理论是Lyapounov稳定性理论。整个控制过程,主要借助几个重要不等式、递归估计、再生核空间数值分析、backstepping设计方法、和Lyapounov函数等研究方法。特别对反应系数依赖于空间变量的时滞系统,做了一些有效的处理,比起之前的工作,放宽了限制条件,更加具有现实意义。基本思路是借助一阶双曲方程对输入时滞进行转化,将原时滞系统转变成不带时滞的PDE-PDE型级联系统,再引入Volterra可逆变换,把此级联系统转化成稳定的目标系统。利用backstepping方法设计控制器,在设计过程中产生了三个核函数,分别应用递归估计法和再生核空间数值分析法,得到了核函数的适定性。对系统的稳定性分析,是建立在Sobolev范函意义下的,运用Lyapunov能量估计的方法,对原级联系统、目标系统和改进系统构造了三个Lyapunov函数,并巧妙构建三者间的泛函关系,说明了控制器能够保证原闭环系统状态全局指数稳定。最后,对实例进行了仿真模拟,验证了此边界控制的可行性。并对本文的工作以及取得的主要成果进行归纳和总结,提出了有待进一步研究的问题。

关键词：时滞反应扩散系统 backstepping设计方法 Lyapounov函数

基于广义模糊双曲正切模型不确定系统的自适应控制

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岭南师范学院学报 2015年第6期36卷 44-51页

作者：吴秀敏金朝永解元广东工业大学应用数学学院广东广州510520

对于解决一类含有外部扰动的非线性系统的不确定项,本文提出了一种自适应控制方法,该方法基于广义模糊双曲正切模型(GFHM),利用GFHM的全局逼近特点,模糊规则数少,辨识精度高的优点,结合backstepping技术,设计系统的自适应控制器,保证系... 详细信息

对于解决一类含有外部扰动的非线性系统的不确定项,本文提出了一种自适应控制方法,该方法基于广义模糊双曲正切模型(GFHM),利用GFHM的全局逼近特点,模糊规则数少,辨识精度高的优点,结合backstepping技术,设计系统的自适应控制器,保证系统所有信号有界与跟踪误差收敛性.通过仿真实例的比较说明了本文的方法逼近效果比传统的自适应模糊控制方法好.

关键词：不确定系统广义模糊双曲正切模型自适应控制 backstepping设计方法

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纯反馈不确定系统综合的自稳定域法

纯反馈不确定系统综合的自稳定域法