动态面控制

摘要： 为实现高速列车黏着控制中对期望蠕滑速度的精确跟踪,提出了一种新的蠕滑速度跟踪控制方法.首先考虑牵引/制动动态建立了列车黏着控制系统动力学模型,并将其描述为一个串级非线性系统;然后采用动态面控制方法,并引入自适应技术估计列车模型参数和系统集总不确定性上界,设计了基于自适应动态面的高速列车蠕滑速度跟踪控制策略.所设计的控制策略仅需要较少的模型参数,不依赖难以精确测量的列车质量、车轮黏滞摩擦系数、列车基本阻力以及轮轨间黏着力.基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性和蠕滑速度跟踪误差的半全局一致最终有界性.数值仿真结果表明该控制方法可行且有效,能够实现对期望蠕滑速度的精确跟踪.

摘要： 混合动力电动汽车(Hybrid electric vehicles,HEVs)的能量管理问题至关重要,而混合动力电动汽车的跟车控制不仅涉及跟车效果与安全性,也影响着能量的高效利用.将HEVs的跟车控制与能量管理相结合,提出一种基于安全距离的HEVs车辆跟踪与能量管理控制方法.首先,考虑坡度、载荷变动建立了HEVs车辆跟车系统的非线性模型,并基于安全距离,提出一种基于道路观测器的动态面控制(Dynamic surface control,DSC)进行车辆跟踪控制.然后,结合跟踪控制下工况循环,采用滚动动态规划(Dynamic programming,DP)算法进行混合动力电动汽车能量实时优化控制.最后,通过仿真研究进行验证.

摘要： 针对具有传感器故障的一类严格反馈非线性系统,提出一种有限时间自适应动态面容错控制策略.考虑的传感器故障包括:固定偏差故障、漂移故障、精度下降及失效故障.以反步法为主要设计依据,利用模糊逻辑系统处理模型中的未知函数.该控制策略的显著优势在于结合有限时间理论、容错控制、模糊逻辑控制及动态面控制,使得系统无论发生故障与否,均使得系统在原点处是半全局实际有限时间稳定,同时保证系统的实际输出信号在有限时间内跟踪期望信号,且跟踪误差收敛于坐标原点的小邻域内.另外,通过采用动态面控制技术克服了传统反步法中的计算复杂问题.最后,仿真算例证明了该设计方案的有效性.

摘要： 针对多自主水下航行器编队系统受限于有限的通信资源及收敛速度慢等问题,提出一种基于事件触发的自主水下航行器固定时间领航-跟随编队控制方法.首先,将动态面控制算法与反步法结合,消除“计算膨胀”问题;其次,为节约有限通信资源,将事件触发通讯机制和固定时间理论引入多自主水下航行器编队控制中,设计编队控制器,实现编队系统的固定时间稳定,且系统收敛时间与初始状态无关,并通过理论证明无Zeno行为;最后,对4艘自主水下航行器的编队进行仿真实验,验证算法的有效性.

摘要： 本文针对一类带有输入时滞的不确定非线性系统,提出了新型动态面Funnel控制方案.首先设计补偿动态变量将输入时滞系统转换成无时滞的系统,仅需在递归控制的最后一步补偿,从而优化了控制器设计过程.其次,构造Funnel函数,使系统的瞬态和稳态跟踪误差被限制在给定边界内.最后,提出新型非线性动态面控制方法,不仅避免了自适应反推控制中的“微分爆炸”问题,而且消除了边界层误差,使得系统的跟踪误差最终渐近收敛到零.理论分析表明该闭环系统的所有信号一致最终有界,仿真结果验证了该控制方案的有效性.

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： 针对需要考虑参数不确定和负载扰动的永磁同步电动机位置伺服系统,提出了一种新型的自适应神经网络控制方法。首先,利用神经网络建立永磁同步电动机的智能模型。其次,针对模型特点,在反步递推设计框架下,应用神经网络基函数的本质特征,并引入动态面控制技术克服控制设计中存在的“复杂性爆炸”问题,设计基于自适应神经网络动态面控制的位置跟踪算法。最后,仿真结果表明该控制方案是有效可行的,与反步递推控制方案相比,基于神经网络动态面控制的位置伺服系统的跟踪误差具有更快的收敛速度。通过设计新的神经网络自适应律,提出的自适应神经网络控制方法可以避免现有反步递推控制设计中存在的代数环问题。此外,提出的控制算法不仅能够克服不确定性因素对系统性能的影响,而且算法结构简单,易于实现。

摘要： 针对中密度纤维板板厚纠偏位置伺服系统存在内外干扰及在干扰条件下影响快速准确位置跟踪的问题,提出一种基于自抗扰(Auto Disturbance Rejection Control,ADRC)的动态面非奇异终端滑模控制策略.首先,通过跟踪微分器对输入信号进行提取,利用线性扩张状态观测器对系统的内外总干扰进行实时估计观测.其次,引入一阶低通滤波器,利用动态面控制理论与非奇异终端滑模相结合,设计动态面非奇异终端滑模控制器(Dynamic Surface Non-singular Terminal Sliding Mode Control,DSNTSMC)以提高系统的抗干扰性与响应精度.最后,通过构造Lyapunov函数证明系统的稳定性.仿真结果表明:所述方法可以观测内外干扰,同时拥有更好的收敛速度与跟踪精度,可保证系统的稳定性.

摘要： 提出了一种考虑铁损的永磁同步电动机有限时间动态面位置跟踪控制方法。该控制方法以传统反步法为基础,采用有限时间控制技术,提高了系统的响应速度和控制精度;引入动态面控制技术,解决了计算复杂性的问题。运用分段光滑函数逼近的方法,避免了输入饱和。仿真结果表明,该方法可以有效地克服输入饱和带来的影响,可实现对永磁同步电动机快速有效的位置跟踪控制。

摘要： 针对一类含死区输入的严格反馈非线性系统,提出基于双观测器的自适应鲁棒控制算法.动态面的每一步设计中,第1观测器即跟踪信号观测器对指令信号进行观测,并得到指令信号的差分信号,消除传统动态面控制中计算复杂问题.第二观测器即扰动观测器在线估计高阶动态面控制系统中每一步的不确定模型,与跟踪信号观测器实现双反馈控制,提高控制效果.通过李雅普诺夫方法分析了自适应鲁棒控制器的输入输出有界的特性.最后,实验验证基于双观测器的自适应鲁棒控制器的性能,结果表明本文方法控制效果较好.且采用反双曲正弦函数建立观测器,参数调节少,利于工业应用.

摘要： 针对非线性船舶模型参数不确定以及风浪流干扰情况下,实现船舶航迹跟踪控制,提出了一种自适应动态面控制方法.通过在反步法设计每一步加入一阶低通滤波器来估计虚拟控制输入的导数,克服了反步法求导过程中的“微分膨胀”问题,以虚拟纵向速度和艏摇角速度控制量作为新的目标跟踪,并利用动态面算法对控制器参数进行了自适应律设计,控制器设计简单,计算量减小,结合滑模变结构控制,设计了切换控制律,最后采用饱和函数消除系统抖动.仿真结果表明,控制器具有很好的鲁棒性,能够较好渐进跟踪参考轨迹,保证跟踪误差在较短时间内收敛到一个很小范围内.

摘要： 本文研究了一类带不确定性的多自由度刚性机械臂的鲁棒控制新方法。利用自适应模糊系统逼近机械臂的不确定性，并采用动态面控制（DSC）方法设计系统控制器。自适应模糊系统的权重自适应律通过李亚普诺夫稳定性分析而获得，并证明系统是指数收敛全局一致最终有界稳定的。通过对两连杆机械臂的仿真研究表明，本文设计的控制系统具有良好的位置跟踪性能，而且对负荷变化和外部扰动具有良好的鲁棒性。

摘要： 研究了一类带有未知扰动的非线性纯反馈系统的控制问题．通过引入动态面技术，结合神经网络逼近方法，并利用积分型Lyapunov函数，提出了一种改进的自适应动态面控制方案．在传统后推设计方法的每一步中引入一阶滤波器进行设计，避免了对一些非线性函数，如虚拟控制，反复求导而造成的计算复杂性问题．与现有研究结果相比，该方案放宽了对于控制系统的要求。有效地减少了可调参数的数目，无需虚拟控制增益系数导数的信患．理论分析证明了闭环控制系统是半全局一致终结有界的，且跟踪误差收敛到一个小的邻域内．

摘要： 针对一类不确定性混沌系统，提出了一种基于动态面控制的混沌自适应鲁棒控制方法．以R(o)ssler不确定性混沌系统为例，给出了控制器的详细设计步骤：首先通过定义误差面，得出动态面误差；然后，引入虚拟控制量，给出未知系统参数的自适应更新律；最后，在每一步设计中加入一阶低通滤波器，构造出自适应鲁棒控制器，并通过适当选取设计参数的值，使系统的输出误差尽量小．数值仿真结果表明，在控制器的作用下，被控R(o)ssler不确定性混沌系统的输出能迅速跟踪到期望值，跟踪误差小，且系统参数的估计值也逐渐趋于真实值．动态面控制方法避免了对引入的虚拟控制量的微分运算，有效克服了传统Backstepping法存在的问题，使设计的控制器更为简单、易行．

摘要： 本文针对一类具有未知虚拟控制增益函数的摄动严格反馈非线性系统,基于动态面控制技术,提出一种间接自适应神经网络控制器的设计方案。该方案利用1阶滤波器的微分代替了虚拟控制的微分,结果在下一步的虚拟控制器的设计中微分运算被简单的代数运算所代替,由此消除了后推设计中由于反复对虚拟控制的求导而导致的复杂性问题,并避免了反馈线性化方法可能出现的控制器奇异性问题,参数估计无需使用投影算法。利用李亚普诺夫方法,证明了闭环系统是半全局一致终结有界,通过适当选取设计常数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。

摘要： 针对基座弹性的双柔杆漂浮基空间机器人系统存在外部干扰时的轨迹跟踪及柔性抑振问题,推导了系统的动力学模型,应用奇异摄动理论,将系统分解为表示刚性运动的慢变子系统和表示基座弹性、双柔杆振动的快变子系统.对于慢变子系统,设计了一种基于动态面的神经网络控制器,通过动态面的应用避免反步法带来的计算膨胀问题;通过RBF神经网络逼近了含有外部干扰在内的动力学不确定项;针对快变子系统,采用线性二次型最优控制同时抑制弹性基座与双柔杆的振动.数值仿真验证了控制方法的有效性.

摘要： 本文主要研究高超声速飞行器纵向运动系统的动力学与控制问题.首先,给出了高超声速飞行器纵向运动系统的动力学模型.其次,利用反步控制方法对高度子系统和速度子系统分别设计了控制器,在控制器的设计过程中,显式地考虑了高度子系统控制输入受限的问题,通过构造一个阶数等于高度子系统阶数的辅助系统,实现了对控制输入饱和的补偿.另外,考虑到常规反步法存在微分膨胀的问题,引入动态面控制技术以避免对虚拟控制量进行反复求导,简化了控制器的设计.然后,利用Lyapunov稳定性理论对飞行器控制系统和构造的辅助系统的稳定性进行分析.最后,仿真结果表明本文提出的控制方案可以有效地补偿输入受限对系统的影响,设计的控制能够使飞行器更快地跟踪给定的参考轨迹.

摘要： 以小天体软着陆任务为背景,提出一种基于扰动观测器(DOB)和动态面控制的小天体软着陆制导方法.根据探测器的初始条件与终端着陆条件规划了标称轨迹,并将引力场建模误差、参数摄动和外部干扰等视为总扰动,结合动态面控制和DOB设计了标称轨迹跟踪控制器.分析总扰动估计误差的渐进收敛性以及闭环标称轨迹跟踪控制系统的稳定性,并确定控制器参数选取条件.数值仿真结果表明,所设计的DOB可以有效地估计并抑制总扰动且闭环标称轨迹跟踪控制系统具有良好的稳定性和控制精度.

摘要： 在直流变流器控制性能优化问题的研究中,针对负载不确定的Buck型直流变换器模型,采用自适应动态面方法设计控制器,使其输出电压能准确地跟踪参考电压,解决不确定负载对系统稳定性的影响和输入受限问题,另外本设计中的控制器无需测量电感电流,达到节约成本减少误差的目的.运用动态面法将一阶滤波器引入到反步法的设计中,克服传统反步法中方程项数的膨胀和复杂的求导问题,对系统不确定因素有良好的自适应性.设计状态观测器实现输出反馈控制,减少一个状态变量的测量.考虑输入受限问题,引入一个辅助控制变量,保证系统输入在指定范围内.由李亚普诺夫稳定理论证明该闭环系统是一致最终有界的,跟踪误差收敛在原点附近的较小邻域内,仿真结果验证了控制器的有效性.

摘要： 针对一类具有摄动的严格反馈非线性系统,基于动态面控制技术,提出一种直接自适应神经网络控制器的设计方案。该方法通过引入1阶滤波器,消除了后推设计中由于反复对虚拟控制求导而导致的复杂性问题。利用直接自适应神经网络控制,使得控制器设计简单,减少了需要辨识的参数.利用李亚普诺夫方法,证明了闭环系统是半全局一致终结有界,通过适当选取设计参数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。仿真结果表明所提出的直接自适应神经网络控制方法的有效性。

摘要： 一种基于动态面滑模控制的永磁同步电机混沌镇定控制方法，包括：建立永磁同步电机混沌模型及初始条件确定；将永磁同步电机系统拆分成两个子系统，利于提高控制效果；基于动态面滑模控制方法，计算控制系统跟踪误差，滑模面及微分，基于自适应率估计未知参数，据此设计控制器输入。本发明提供一种能够实现永磁同步电机混沌镇定控制的动态面滑模控制方法，实现系统混沌状态被镇定到平衡点，提高系统的控制性能。

摘要： 一种基于神经网络动态面滑模控制的机械臂系统饱和补偿控制方法，包括：建立机械臂伺服系统的动态模型，初始化系统状态、采样时间以及控制参数；根据微分中值定理，将系统中的非线性输入饱和线性化处理，推导出带有未知饱和的机械臂伺服系统模型；基于动态面滑模控制方法，计算控制系统跟踪误差，滑模面及微分。本发明提供一种能够有效补偿未知饱和，避免反演法带来的复杂度爆炸问题的神经网络动态面滑模控制方法，实现系统的稳定快速跟踪。

摘要： 一种矿井多工作面风压整体动态平衡控制系统及控制方法，属于煤矿井下自燃灾害防治技术领域。控制系统，包括行人风门和调节风门，穿过行人风门设置导风筒，导风筒与变频调控通风机相连；穿过调节风门设置回风测压管，回风测压管与第一压力传感器相连；还设置有上覆采空区测压管，其与第二压力传感器相连；各工作面的压力传感器和变频器与控制器相连。控制方法：开启各工作面的变频调控通风机，向进风巷内供风；通过各工作面的压力传感器监测回风巷和上覆采空区的风压值，并传输至控制器；控制器根据风压值信号，进行调控系统稳定性判定，若满足要求，维持调控风压不变；否则系统失稳，进行风压值重新分配，进而实现矿井多工作面风压整体动态平衡。

摘要： 本发明涉及一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统及其控制方法，其特征在于：它包括一套工具面解码系统、一套动态工具面控制系统、一套顶驱/转盘伺服和制动系统、一套顶驱/转盘角度传感系统和一套顶驱/转盘角度信号处理系统；工具面解码系统的输入端连接钻井系统中的MWD系统压力信号传感器，输出端连接动态工具面控制系统，动态工具面控制系统预置在监控计算机中，动态工具面控制系统的输出端连接顶驱/转盘伺服和制动系统，顶驱/转盘伺服和制动系统连接顶驱/转盘和顶驱/转盘角度传感系统，顶驱/转盘角度传感系统的输出端连接顶驱/转盘角度信号处理系统，顶驱/转盘角度信号处理系统的输出端连接动态工具面控制系统。本发明可广泛用于井下定向动力钻具工具面动态调整控制中。

摘要： 一种基于动态面滑模控制的永磁同步电机混沌镇定控制方法，包括：建立永磁同步电机混沌模型及初始条件确定；将永磁同步电机系统拆分成两个子系统，利于提高控制效果；基于动态面滑模控制方法，计算控制系统跟踪误差，滑模面及微分，基于自适应率估计未知参数，据此设计控制器输入。本发明提供一种能够实现永磁同步电机混沌镇定控制的动态面滑模控制方法，实现系统混沌状态被镇定到平衡点，提高系统的控制性能。

摘要： 一种基于神经网络动态面滑模控制的机械臂系统饱和补偿控制方法，包括：建立机械臂伺服系统的动态模型，初始化系统状态、采样时间以及控制参数；根据微分中值定理，将系统中的非线性输入饱和线性化处理，推导出带有未知饱和的机械臂伺服系统模型；基于动态面滑模控制方法，计算控制系统跟踪误差，滑模面及微分。本发明提供一种能够有效补偿未知饱和，避免反演法带来的复杂度爆炸问题的神经网络动态面滑模控制方法，实现系统的稳定快速跟踪。

摘要： 一种矿井多工作面风压整体动态平衡控制系统及控制方法，属于煤矿井下自燃灾害防治技术领域。控制系统，包括行人风门和调节风门，穿过行人风门设置导风筒，导风筒与变频调控通风机相连；穿过调节风门设置回风测压管，回风测压管与第一压力传感器相连；还设置有上覆采空区测压管，其与第二压力传感器相连；各工作面的压力传感器和变频器与控制器相连。控制方法：开启各工作面的变频调控通风机，向进风巷内供风；通过各工作面的压力传感器监测回风巷和上覆采空区的风压值，并传输至控制器；控制器根据风压值信号，进行调控系统稳定性判定，若满足要求，维持调控风压不变；否则系统失稳，进行风压值重新分配，进而实现矿井多工作面风压整体动态平衡。

摘要： 本发明公开了一种基于动态面模糊滑模控制的有源电力滤波器控制方法，首先，建立三相并联型有源电力滤波器的数学模型，先利用动态面控制方法设计滤波器，再利用自适应模糊控制逼近，最后加入滑模面控制，使系统保持稳定状态，通过仿真结果验证了本发明方法的有效性。本发明方法大大增强了系统的补偿性能和鲁棒性能，达到快速有效消除谐波的目的。

摘要： 本发明公开了一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法及控制器，包括摄像机方位角和俯仰角的解算；舵机模型的构建和分析；高增益观测器设计；动态面控制输入电压设计；控制参数的设计与调节；根据仿真实验检验跟踪性能。该控制方法不需要增加额外的角速度硬件测量电路，控制输入设计简单，控制参数易调整，舵机控制精度高。

摘要： 本发明公开了一种基于动态面模糊滑模控制的有源电力滤波器控制方法，首先，建立三相并联型有源电力滤波器的数学模型，先利用动态面控制方法设计滤波器，再利用自适应模糊控制逼近，最后加入滑模面控制，使系统保持稳定状态，通过仿真结果验证了本发明方法的有效性。本发明方法大大增强了系统的补偿性能和鲁棒性能，达到快速有效消除谐波的目的。