具有输入延迟的线性系统无记忆采样反馈控制器设计及应用
这是一篇关于输入延迟,采样控制,截尾预估,无记忆控制,状态反馈,输出反馈的论文, 主要内容为延迟的存在往往会损害系统的性能,如果在控制过程中忽略延迟的存在,可能会严重降低系统的控制性能,甚至使系统产生振荡和发散现象,导致系统不稳定。特别地,输入延迟会加大系统稳定性分析的难度,所以输入延迟系统一直是近三十年来控制理论研究的重点和难点之一。现阶段对于输入延迟系统的研究大多集中在连续反馈控制器的设计上,相应的采样控制器设计的研究较少。而随着计算机控制系统的广泛应用,输入延迟系统的采用控制器设计与分析具有重要的理论研究意义和现实应用价值。本文针对具有输入延迟的线性系统的无记忆采样控制器设计及应用问题,提出了基于截尾预估器的无记忆采样状态反馈和输出反馈控制器设计方法,分别实现闭环系统的渐近稳定性。与无限维控制器相比,本文设计的采样控制器是无记忆的有限维控制器,在实际应用中更容易实现。将状态反馈及输出反馈采样控制方法应用到高速双体船的减纵摇控制系统中,验证所设计的无记忆采样控制器的有效性。本文的研究内容包括以下几个方面:(1)针对具有输入延迟的一类线性系统,研究其无记忆采样状态反馈镇定问题。利用截尾预估方法,设计无记忆状态反馈采样控制器,并采用LyapunovRazumikhin稳定性理论,证明了当采样周期小于给定值时,所设计的无记忆状态反馈采样控制器能够实现混杂闭环系统的全局渐近稳定性。最后通过数值仿真验证理论结果的有效性。(2)针对具有输入延迟的线性系统,当系统状态不可测量时,研究其无记忆输出反馈采样控制器设计问题。提出一种基于状态观测器和截尾预估器的输出反馈采样控制方法。利用Lyapunov-Razumikhin定理,证明了当系统的采样周期小于给定上界时,闭环混杂控制系统是全局渐近稳定的,并通过仿真案例验证其有效性。(3)针对输入延迟影响下高速双体船的减纵摇采样控制问题,将双体船的非线性数学模型进行线性化处理,并通过本文所得的理论研究成果设计基于截尾预估器的状态反馈采样控制和输出反馈采样控制,实现了减纵摇控制系统的局部稳定,仿真结果验证了所提控制方案的有效性。
马尔科夫型随机主动悬架系统故障估计与容错控制研究
这是一篇关于主动悬架系统,状态反馈,输出反馈,故障估计,容错控制的论文, 主要内容为悬架系统作为车架与车身之间的传力元件,对于汽车的外部减振起着十分关键的作用。为此,悬架控制已成为近年来国内外汽车底盘新技术的研究热点。车辆使用过程中,元器件不可避免地会产生疲劳、老化等现象,进而可能导致传感器、作动器故障,一旦发生故障,控制器的控制效果会部分或完全丧失。因此,有必要对故障悬架系统进行控制策略研究。本文致力于解决一类具有故障和扰动的马尔科夫型悬架系统的非脆弱容错控制问题。主要工作如下:(1)考虑故障及故障带来的悬架系统状态时滞,对故障主动悬架系统进行动力学建模,并推导其状态空间方程,然后将故障主动悬架系统重构为马尔科夫跳跃系统,进而精确捕获汽车悬架系统动力学行为,便于后文故障观测器和容错控制器的设计。(2)为了对故障主动悬架系统进行修复,首先设计了自适应观测器来准确估计故障及悬架系统状态,传感器故障估计误差在±0.004～±0.005之间,作动器故障估计误差在±0.2～±0.3;接着设计了状态反馈容错控制器来补偿悬架系统故障,以保证悬架系统垂直和俯仰运动的稳定,并利用Lyapunov理论对整个系统进行了稳定性分析。最后,对半车主动悬架系统进行对比仿真,与故障系统相比,状态反馈容错控制器提升系统性能17%以上,说明所提状态反馈容错控制器的有效性。(3)考虑故障主动悬架系统时滞,首先建立时滞故障主动悬架系统动力学模型,然后设计了鲁棒随机观测器,来估计系统状态及未知的系统故障,传感器故障估计误差及作动器故障估计误差都在±0.01之间;此外,开发了一种基于输出反馈技术的非脆弱容错控制器,以增强汽车悬架系统性能的鲁棒性。通过不同路面激励下的复合故障补偿控制仿真对比,与故障系统相比,输出反馈容错控制器提高系统性能48%以上,说明所提输出反馈容错控制方法的有效性。(4)根据主动悬架容错控制需求,利用MATLAB APP Designer设计了汽车主动悬架智能控制性能分析软件,并对软件功能进行了说明,所开发的软件能为汽车工程师和相关研发人员提供一定的帮助。
具有输入延迟的线性系统无记忆采样反馈控制器设计及应用
这是一篇关于输入延迟,采样控制,截尾预估,无记忆控制,状态反馈,输出反馈的论文, 主要内容为延迟的存在往往会损害系统的性能,如果在控制过程中忽略延迟的存在,可能会严重降低系统的控制性能,甚至使系统产生振荡和发散现象,导致系统不稳定。特别地,输入延迟会加大系统稳定性分析的难度,所以输入延迟系统一直是近三十年来控制理论研究的重点和难点之一。现阶段对于输入延迟系统的研究大多集中在连续反馈控制器的设计上,相应的采样控制器设计的研究较少。而随着计算机控制系统的广泛应用,输入延迟系统的采用控制器设计与分析具有重要的理论研究意义和现实应用价值。本文针对具有输入延迟的线性系统的无记忆采样控制器设计及应用问题,提出了基于截尾预估器的无记忆采样状态反馈和输出反馈控制器设计方法,分别实现闭环系统的渐近稳定性。与无限维控制器相比,本文设计的采样控制器是无记忆的有限维控制器,在实际应用中更容易实现。将状态反馈及输出反馈采样控制方法应用到高速双体船的减纵摇控制系统中,验证所设计的无记忆采样控制器的有效性。本文的研究内容包括以下几个方面:(1)针对具有输入延迟的一类线性系统,研究其无记忆采样状态反馈镇定问题。利用截尾预估方法,设计无记忆状态反馈采样控制器,并采用LyapunovRazumikhin稳定性理论,证明了当采样周期小于给定值时,所设计的无记忆状态反馈采样控制器能够实现混杂闭环系统的全局渐近稳定性。最后通过数值仿真验证理论结果的有效性。(2)针对具有输入延迟的线性系统,当系统状态不可测量时,研究其无记忆输出反馈采样控制器设计问题。提出一种基于状态观测器和截尾预估器的输出反馈采样控制方法。利用Lyapunov-Razumikhin定理,证明了当系统的采样周期小于给定上界时,闭环混杂控制系统是全局渐近稳定的,并通过仿真案例验证其有效性。(3)针对输入延迟影响下高速双体船的减纵摇采样控制问题,将双体船的非线性数学模型进行线性化处理,并通过本文所得的理论研究成果设计基于截尾预估器的状态反馈采样控制和输出反馈采样控制,实现了减纵摇控制系统的局部稳定,仿真结果验证了所提控制方案的有效性。
具有输入延迟的线性系统无记忆采样反馈控制器设计及应用
这是一篇关于输入延迟,采样控制,截尾预估,无记忆控制,状态反馈,输出反馈的论文, 主要内容为延迟的存在往往会损害系统的性能,如果在控制过程中忽略延迟的存在,可能会严重降低系统的控制性能,甚至使系统产生振荡和发散现象,导致系统不稳定。特别地,输入延迟会加大系统稳定性分析的难度,所以输入延迟系统一直是近三十年来控制理论研究的重点和难点之一。现阶段对于输入延迟系统的研究大多集中在连续反馈控制器的设计上,相应的采样控制器设计的研究较少。而随着计算机控制系统的广泛应用,输入延迟系统的采用控制器设计与分析具有重要的理论研究意义和现实应用价值。本文针对具有输入延迟的线性系统的无记忆采样控制器设计及应用问题,提出了基于截尾预估器的无记忆采样状态反馈和输出反馈控制器设计方法,分别实现闭环系统的渐近稳定性。与无限维控制器相比,本文设计的采样控制器是无记忆的有限维控制器,在实际应用中更容易实现。将状态反馈及输出反馈采样控制方法应用到高速双体船的减纵摇控制系统中,验证所设计的无记忆采样控制器的有效性。本文的研究内容包括以下几个方面:(1)针对具有输入延迟的一类线性系统,研究其无记忆采样状态反馈镇定问题。利用截尾预估方法,设计无记忆状态反馈采样控制器,并采用LyapunovRazumikhin稳定性理论,证明了当采样周期小于给定值时,所设计的无记忆状态反馈采样控制器能够实现混杂闭环系统的全局渐近稳定性。最后通过数值仿真验证理论结果的有效性。(2)针对具有输入延迟的线性系统,当系统状态不可测量时,研究其无记忆输出反馈采样控制器设计问题。提出一种基于状态观测器和截尾预估器的输出反馈采样控制方法。利用Lyapunov-Razumikhin定理,证明了当系统的采样周期小于给定上界时,闭环混杂控制系统是全局渐近稳定的,并通过仿真案例验证其有效性。(3)针对输入延迟影响下高速双体船的减纵摇采样控制问题,将双体船的非线性数学模型进行线性化处理,并通过本文所得的理论研究成果设计基于截尾预估器的状态反馈采样控制和输出反馈采样控制,实现了减纵摇控制系统的局部稳定,仿真结果验证了所提控制方案的有效性。
具有多不确定性非线性系统的输出反馈镇定控制研究
这是一篇关于非线性系统,输出反馈,高增益观测器,反推技术,通用控制,自适应控制的论文, 主要内容为非线性系统的反馈控制广泛应用于机器人系统、电力系统、飞行器制造等。本文主要针对一类具有多不确定性的非线性系统,在不同的假设条件下,运用通用控制思想、反推控制方法,解决了相应的输出反馈自适应镇定控制问题。本论文主要内容分为四个部分:前三部分是在系统的非线性项增长依赖不可测状态,增长率为未知常数乘以输出多项式形式的前提下研究的;第四部分是第一部分的应用。1)一类测量灵敏度未知但上下界已知平面非线性系统的输出反馈镇定控制设计第二章研究了一类状态方程和输出方程都存在不确定性的平面非线性系统的输出反馈自适应镇定问题。提出了一种基于非辨识输出反馈控制方案。构造的观测器增益由两个分量组成,并以新的形式动态调节。所设计的基于高增益观测器的控制器能够确保闭环系统的所有信号全局有界,且原系统状态和观测器状态收敛到零。通过一个仿真算例验证了该方法的有效性。2)一类测量灵敏度未知但上下界已知一般非线性系统的输出反馈镇定控制设计在第二章的基础上,第三章将平面非线性系统拓展到一般非线性系统,实现了一般非线性系统的输出反馈自适应镇定。类似于第二章,我们引入了具有两个动态增益的观测器,且两个高增益以新形式动态调节,提出了一种基于非辨识的输出反馈光滑控制方案。所设计的控制器能够确保闭环系统所有信号全局有界,同时保证原系统状态和观测器状态收敛到零。运用一个仿真算例说明了该方法的有效性。3)一类控制系数未知但仅下界已知平面非线性系统的输出反馈镇定控制设计第四章放宽了控制系数/测量灵敏度的假设条件,研究了一类控制系数未知但仅下界已知平面非线性系统的输出反馈自适应镇定问题。该章提出了一种基于非辨识的输出反馈光滑控制方案。所设计的基于两个动态高增益的观测器和合适调节律的控制器,可以实现闭环系统所有信号全局有界,且原系统状态和观测器状态收敛到零。仿真结果表明了该方法的有效性。4)一类单连杆机器人非线性系统的输出反馈自适应镇定控制设计作为第二章的应用,第五章研究了一类系统参数全部未知,但惯性的上下界已知情况下单连杆机器人系统的输出反馈自适应镇定问题。针对这一问题,构造了一个基于高增益观测器的控制器。所设计的控制器实现了机器人系统的全局自适应镇定。仿真结果表明了该方法的有效性。
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