输入饱和

摘要： 针对汽车电子节气门控制系统对暂态性能和稳态性能的严格要求,将预设性能控制策略与固定时间稳定性理论相结合,设计了一种固定时间预设性能伺服控制器.该控制器在设计过程中根据实际节气门系统的动静态性能要求、结合固定时间收敛理论选取了预设性能函数及其参数,可以保证系统跟踪误差不依赖于初始误差以及扰动均具有固定的收敛时间、且其稳态误差被限定在预定义界内.设计中同时考虑了驱动电机控制电压的限幅要求,引入辅助动态系统处理控制器饱和约束性问题.控制器在提高控制系统暂态性能上的有效性及优越性通过仿真分析与比较得到了验证.

摘要： 针对关节柔性机械臂系统在未知输入饱和的情况下的稳态和瞬态性能约束问题,提出一种改进Funnel控制结合RBF自适应神经网络的轨迹跟踪控制方法。设计了改进的Funnel控制变量以避免控制律中的微分不可导的情况;构造了时变的瞬态性能约束函数,调节系统输出初始阶段的超调量和收敛速度;采用最小参数学习法的RBF自适应神经网络,逼近机械臂系统模型的未知函数和虚拟控制律的导数,简化了控制器的设计;通过李雅普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统中所有变量是半全局一致最终有界的。仿真实验验证了所提方法有效性。

摘要： 本文研究了具有输入饱和的非线性系统事件触发控制策略设计问题.首先,针对输入饱和下非线性系统,建立混杂系统模型.其次,当非线性函数满足Lipschitz条件下,给出闭环混杂系统局部一致渐近稳定性的稳定判据,并设计了事件触发饱和控制器.然后,当非线性函数满足扇区条件时,给出闭环混杂系统框架下满足局部一致渐近稳定性的LMI条件,并设计了事件触发饱和控制器.进一步地,在事件触发饱和控制器作用下,分析了非线性系统的半全局鲁棒镇定性.最后,结合两个仿真实例说明了所提出事件触发控制策略的有效性.

摘要： 针对直升机机动飞行过程中存在的输入饱和问题,提出了一种基于参数依赖Lyapunov的状态反馈控制方法。首先根据直升机非线性模型建立纵向线性变参数(linear parameter varying,LPV)模型,并采用逆仿真数值分析方法对悬停机动科目进行轨迹建模。基于吸引域与不变集理论,利用参数化线性矩阵不等式(parameterized linear matrix inequalities,PLMI),分析闭环系统的稳定条件。利用松弛变量技术将控制器PLMI条件转化为易于求解的线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)条件,求解悬停机动轨迹跟踪控制律。仿真结果表明了所提模型和控制方法的可行性和有效性。

摘要： 本文研究一类具有输入饱和的不确定离散时间系统的鲁棒预见控制问题.与以往对误差信号和系统方程取差分不同,本文引入状态辅助变量,利用系统状态向量与辅助变量之差代替通常的状态差分,使得输入饱和不确定离散系统的扩大误差系统的构造成为可能.另外,本文推导的扩大误差系统不再包含误差向量,这不仅降低系统的阶数而且允许输出矩阵带有不确定项.针对扩大误差系统,分别引入状态反馈和静态输出反馈,并利用Lyapunov函数及LMI技巧,导出闭环系统渐近稳定的充分条件.数值仿真表明了本文结果的有效性.

摘要： 火星进入过程中的故障和外部干扰不可避免地降低了火星进入制导和控制算法的性能。利用反步法设计了一种对转动惯量信息变化不敏感的火星进入姿态容错控制算法。首先,将虚拟控制律的微分量视作干扰量,利用自适应技术对其进行补偿,避免了传统反步法微分爆炸的缺陷。同时,控制设计过程中显式地引入了饱和函数,保证了在存在输入饱和的情况下,控制律仍然能使得探测器姿态保持稳定。最后,以“火星科学实验室”探测器为模型进行了数值仿真验证,结果表明该控制律在存在输入饱和约束、转动惯量不确定性、执行机构部分失效甚至完全失效的工况下,仍然能够完成对姿态的精准跟踪。

摘要： 研究了输入饱和影响下的无人两栖平台路径跟踪控制问题,提出了一种基于观测器的抗饱和反步控制方法。该方法将实际控制输入分解为不受限的理想控制输入与执行机构无法响应的控制输入两部分,后者可视为等效干扰并与真实外界干扰合并应用干扰观测器进行估计和补偿。针对具有理想控制输入的非完全对称无人两栖平台模型,基于line-of-sight (LOS)导引律及反步控制理论设计了抗饱和控制器,Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的所有信号一致最终有界。数值仿真结果表明:所设计的控制器能有效地削弱输入饱和对系统造成的影响,实现对预定路径的稳定跟踪。

摘要： 针对考虑位姿耦合的非合作航天器交会对接场景,在没有速度测量情况下为了同时解决安全约束、模型不确定性、执行器故障和输入饱和问题,提出一种基于容积卡尔曼滤波算法(CKF)的自主安全接近方法。首先基于容积卡尔曼滤波器和扩张状态观测器(ESO)分别估计目标航天器的位姿信息和相对速度信息;然后通过将一种新颖的安全包络与人工势函数(APF)结合设计自适应滑模控制器,并设计非奇异辅助系统对执行器故障和输入饱和带来的影响进行集中处理。提出的控制策略在不违反安全约束情况下,能在固定时间内实现位置接近和姿态同步。通过李雅普诺夫方法可以保证闭环系统固定时间稳定。仿真结果表明,所提控制方法具有较高的精度和良好干扰抑制能力。

摘要： 针对反馈线性化后带有状态依赖输入饱和的弹性高超声速飞行器,并考虑执行器失效或随机漂移故障和参数不确定,本文提出了可调Tube预测控制(Tube-MPC)容错控制方法。首先,基于反馈线性化后的多胞线性参变模型,考虑到部分故障发生下的保守性问题,在传统Tube-MPC控制器中引入调节因子,将鲁棒正不变集进行等比例缩减,以平衡控制性能与鲁棒性。其次,基于缩减后的不变集,分别设计辅助鲁棒控制律和标称控制律。为处理虚拟输入饱和,将标称控制律设计为无约束和约束下的凸组合形式。同时,将实际输入约束转化为约束界限与飞行状态相关的虚拟输入线性多项式约束,并利用平方和(SOS)技术将多项式约束转化为线性矩阵不等式约束进行控制律求解。最后,仿真结果验证了控制方法的有效性。

摘要： 本文研究了具有输出非对称死区和状态含未知控制方向的非严格反馈非线性系统,设计了稳定的自适应神经网络控制器.首先,针对输出非对称死区的问题,本文采用死区逆的方法,构造光滑模型逼近原死区模型.其次,在控制器设计过程中,基于障碍Lyapunov函数的构造,动态面控制和反步法,设计出自适应控制信号,虚拟控制信号和实际控制信号.通过稳定性分析,证明所设计的神经网络控制器可以保证闭环系统内所有信号是半全局一致最终有界.最后,通过MATLAB数值仿真,说明所设计控制器的有效性.

摘要： 该文研究了线性时滞系统在有输入饱和情况下的Ｈ〈，∞〉状态反馈控制器的设计问题，得出了静态反馈时闭环系统满足局部稳定及Ｈ〈，∞〉性能的充分条件，这一条件可通过线性矩阵不等式来求解。

摘要： 在实际的控制系统中,带有执行器饱和的系统是一类常见的非线性系统,如果仅用传统的线性方法对系统控制,执行器的饱和将使系统的动态性能降低,甚至导致闭环系统不稳定.为了降低饱和对闭环系统的影响,本文设计了由线性控制律和非线性控制律两部分组合而成的控制器,线性控制律使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制律使系统有较大阻尼率以降低超调量.本方法应用于伺服跟踪系统,仿真实验结果表明了该方法的有效性.

摘要： 首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响.线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量.线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度跟踪控制.本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的.

摘要： 首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响.线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量.线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度跟踪控制.本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的.

摘要： 首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响.线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量.线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度跟踪控制.本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的.

摘要： 首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响.线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量.线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度跟踪控制.本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的.

摘要： 带非对称饱和输入约束的时滞采样系统反饱和控制方法，属于工业过程控制技术领域。本发明基于实际工程中描述采样系统常用的离散时间域带时滞参数传递函数模型，对具有时滞响应和执行器非对称饱和约束的生产过程提出离散时间域的主动抗扰控制设计方法。通过模型变换将非对称饱和系统转化为对称饱和约束的系统，利用已发展的广义预测器结构，提出一个基于无时滞输出预测的反饱和扩张状态观测器。通过配置扩张状态观测器的特征根和闭环控制系统的期望极点，解析地求解出观测器和控制器增益。具有较好的理论创新和工程应用价值。

摘要： 本发明公开了一类受饱和非线性输入影响的分数阶系统自适应控制方法，具体包括以下几个步骤：建立描述一类物理对象或过程的分数阶系统数学模型，根据分数阶微积分理论进行分数阶滑模面设计；确定分数阶数学模型中未知参数的自适应更新律；根据分数阶稳定理论和饱和非线性输入特性设计受控系统自适应控制器；寻找合适的Lyapunov函数验证滑模趋近阶段的有限时间到达性。本发明能够实现一类受输入非线性影响下的分数阶系统自适应控制，当系统出现上界未知的未建模动态和外界干扰时，在所设计控制器的作用下可以保证状态轨迹在有限时间内到达滑模面，通过滑模态作用，最终实现受控系统状态轨迹收敛到零，未知参数实现自适应辨识，达到控制目的。

摘要： 带非对称饱和输入约束的时滞采样系统反饱和控制方法，属于工业过程控制技术领域。本发明基于实际工程中描述采样系统常用的离散时间域带时滞参数传递函数模型，对具有时滞响应和执行器非对称饱和约束的生产过程提出离散时间域的主动抗扰控制设计方法。通过模型变换将非对称饱和系统转化为对称饱和约束的系统，利用已发展的广义预测器结构，提出一个基于无时滞输出预测的反饱和扩张状态观测器。通过配置扩张状态观测器的特征根和闭环控制系统的期望极点，解析地求解出观测器和控制器增益。具有较好的理论创新和工程应用价值。

摘要： 本发明针对无人水面船系统，提供了一种具有输入饱和受限的无人船强化学习自适应跟踪控制方法，本发明方法，包括：建立无人水面船数学模型，设定无人水面船的期望轨迹数学模型；基于设定的期望轨迹数学模型，引入控制器输入饱和函数；基于引入控制器输入饱和函数的期望轨迹数学模型，设计无人船控制率；基于设计的无人船控制率，设计神经网络权重更新率。同时，本发明方法考虑控制器存在输入饱和限制，当外界干扰过大时，控制器不会因为输入饱和特性使得跟踪效果变差，更加具有实际工程意义。

摘要： 本发明公开了一种具有输入饱和的重载列车滑模跟踪控制方法；包括以下步骤：S1：分析重载列车纵向运动受力情况，建立针对重载列车输入饱和的纵向运动动力学方程，得到列车动力学模型；S2：考虑输入饱和的情况下，设计新型动态辅助补偿器；S3：验证动态辅助补偿器的稳定性，并且得到补偿信号的界限；S4：在输入饱和的情况下，设计抗饱和滑模控制器。S5：证明系统稳定性，保证列车各车厢稳定跟踪目标曲线。本发明能够使得各车厢具有良好的位移和速度跟踪精度，同时设计动态辅助补偿器，缩小了补偿信号的范围，增强了工程应用性。

摘要： 本发明公开了一种考虑输入饱和的无人直升机跟踪控制方法，包括如下步骤：步骤1：根据牛顿‑欧拉方程建立无人直升机控制系统数学模型，将建模不确定性及外部干扰看成总扰动；步骤2：根据实际需求确定期望轨迹及定义误差变量，引入控制器饱和函数；步骤3：设计抗饱和辅助系统补偿执行器输入饱和；步骤4：采用径向基RBF神经网络逼近建模不确定性及外部干扰；步骤5：结合滑模控制，设计抗饱和控制器，采用双闭环控制策略，使得无人直升机系统在输入饱和情况下，轨迹跟踪误差信号最终渐进收敛到原点。本发明可以在克服建模不确定性的同时，处理执行器输入饱和问题，增强控制系统的抗干扰能力及鲁棒性，改善无人直升机控制系统的稳定性及动态品质。

摘要： 本发明提供了一种基于抗输入饱和的移动装置的轨迹控制方法及系统，包括：获取移动装置的期望轨迹；依据获取的期望轨迹，以及预设的轨迹控制模型，得到移动装置运行的动态轨迹；其中，所述轨迹控制模为包含输入饱和函数的分数阶迭代学习控制模型；所述分数阶迭代学习控制模型中，分数阶轨迹跟踪系统的动态模型当前次迭代的控制量，等于增益矩阵与追踪误差的积再与输入饱和函数求和；所述饱和函数中包括分数阶轨迹跟踪系统的动态模型对于当前次的后一次迭代的控制量，以及控制量的输入饱和量；所述追踪误差为动态轨迹与期望轨迹之差；本发明解决了移动装置控制过程中，分数阶跟踪控制系统中存在输入饱和情形下的追踪问题。

摘要： 本发明公开了一种协同自适应巡航控制系统的输入饱和无源化控制方法，用来解决CACC系统中的队列稳定控制问题。具体包括：1、建立车辆间的运动学方程；2、将队列稳定条件转化为输入饱和约束，以此得到带饱和输入的状态空间表达式；3、根据黎卡提方程，李雅普诺夫稳定理论和矩阵理论，设计系统的一种无源控制器；4、验证所设计的控制器在有扰动的情况下，是否仍能保持队列的稳定性。结果验证基于无源化的控制的器，既可以对扰动具有强鲁棒性，又具有输入限幅的功能，保证了队列的稳定性，且易于计算。

摘要： 本发明公开一种输入饱和不确定分数阶混沌系统的保密通信方法，传输密文输入信号时，分数阶混沌驱动系统输出混沌驱动输入信号，并通过第一通道传输所述混沌驱动输入信号，所述混沌驱动输入信号经过所述输入饱和不确定同步控制器和所述分数阶混沌响应系统后生成响应输出信号，加密函数利用所述混沌驱动输入信号对所述密文输入信号进行掩盖后生成秘钥，并通过第二通道传输至解密函数，解密函数根据所述响应输出信号和秘钥进行解密，生成解密后的密文输入信号。本发明实现双通道密文输入信号传输，综合考虑了控制方向未知和输入饱和的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于变换函数的航空发动机输入饱和鲁棒控制方法，包括以下步骤：步骤1)、建立含噪声及饱和输入限制的不确定非线性系统，并利用双曲正切函数近似饱和约束模型；步骤2)、计算非线性系统中不确定性的界值；步骤3)、设计鲁棒控制器；步骤4)、验证系统全局一致有界性。本发明将突变的饱和约束模型变换为连续可微的限幅模型，再通过拉格朗日乘子法设计控制器，有效解决了航空发动机非线性系统中因同时存在输入饱和以及未知有界外部扰动等不确定性造成控制效果下降甚至闭环系统不稳定的问题。