柴油机调速系统自适应滑模控制算法的研究与仿真

建立2135型柴油机调速器的非线性模型,设计一种滑模控制器,以实现对单输入非线性柴油机调速系统的控制,并用MatLab/Simulink仿真,体现出滑模变结构控制对非线性系统进行控制的动态、静态品质优良,鲁棒性好的特点,解决传统PID控制超调量大、调节时间长的问题.针对滑模变结构控制器容易产生抖振的问题,设计了自适应离散滑模控制器,取得较好的仿真结果.     

基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制北大核心CSCD

[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。     

直驱式电液伺服系统的非线性不确定负载补偿控制研究

针对直驱式电液伺服系统的非线性不确定负载因数学模型无法准确描述而难以补偿问题,提出一种多滑模神经网络自适应控制策略。该控制策略结合了RBF神经网络对复杂非线性系统的强大映射能力以及响应速度快和滑模变结构控制的强抗干扰性2种控制算法优点,并利用Backstepping方法设计控制器。通过将传统滑模变结构控制中的非连续切换函数优化成连续可倒的切换函数,有效避免了传统滑模变结构控制的抖振现象。运用Lyapunov稳定性定理,理论证明了控制算法的稳定性,并通过仿真分析,验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

考虑模型偏差和时变扰动的水下机器人轨迹跟踪控制

本文针对考虑模型不确定性和时变外界环境扰动的水下机器人轨迹跟踪问题展开研究。首先基于水下机器人水平面运动学和动力学方程,结合有限时间控制方法设计一个有限时间扰动观测器用于对总扰动进行实时估计。随后基于反步滑模控制完成带扰动观测器的轨迹跟踪控制律设计,并采用二阶滤波器对虚拟控制信号进行过滤,增设滤波补偿系统用于保证滤波信号的精度。选择高增益扰动观测器和传统反步滑模控制器分别作为扰动观测器和控制器的对比项。最后在Matlab Simulink平台中进行了轨迹跟踪仿真实验。仿真结果表明,所设计的扰动观测器能够对总扰动实现快速且准确的观测估计,且水下机器人能够对目标轨迹能实现较好的跟踪效果。本文所设计的控制器可以使水下机器人快速地跟踪上目标轨迹,且相较于传统反步滑模控制器有着更小的跟踪误差。     

GDROV运动控制中模糊滑模控制方法的研究

GDROV是用于堤坝探测的水下机器人,设计上属于开架式机器人,其精确的数学模型很难获得.本文采用模糊逻辑与滑模控制相结合的方法,通过模糊逻辑动态调整滑模控制器的指数趋近律的参数,对水下机器人进行控制,解决了滑模控制中所存在的抖振现象和数学模型的不精确问题.首先建立了GDROV的水动力模型,然后在滑模控制的基础上提出用模糊逻辑来动态调整滑模控制器的指数趋近律的参数,最后通过仿真试验和水池试验验证了该控制器对模型的不确定性和外部扰动具有较强的鲁棒性,以及良好的跟踪性.     

复杂扰动下水下机器人的轨迹精确跟踪控制

[目的]针对外界复杂干扰下水下机器人三维轨迹精确跟踪控制的问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的非奇异终端滑模控制方法.[方法]设计非奇异终端滑模轨迹跟踪控制器,保证跟踪误差在有限时间内精确收敛到零.在外界多维度时变干扰下,设计有限时间扰动观测器,提高系统的抗干扰能力.[结果]利用Lyapunov函数证明所设计控制策略...     

简化的鲁棒自适应自动舵控制算法设计

为研究船舶航向非线性系统的自适应跟踪控制问题,在考虑舵机伺服系统特性的情况下,提出一种简化的鲁棒自适应神经网络动态面控制算法.采用RBF神经网络逼近模型不确定性,简化自适应参数调整方法,解决了动态面控制自适应参数过多的问题.该算法设计的控制器复杂性低且只有1个在线调整自适应参数,易于工程实现.该算法可以保证闭环信号的渐近稳定,使航向跟踪误差任意小.仿真结果验证了控制器的有效性.     

复杂环境下球形机器人深度控制研究

为使油浸式变压器内部检测机器人在巡检作业时具有较高的稳定性与机动性,分析机器人在变压器油中的受力及运动的基础上,建立机器人在变压器油中的垂向运动模型。考虑存在外界未知扰动情况,提出一种基于非线性干扰观测器的自适应反步深度控制器,并通过Lyapunov函数证明了控制器的稳定性。仿真实验结果表明,所设计的控制器能够准确实现目标深度控制,有效解决了机器人在复杂环境下未知干扰造成的振荡问题,具有鲁棒性好、可靠性高的特点。     

船舶航向自适应神经网络鲁棒跟踪控制

针对存在不确定性和带有完全未知时变环境扰动的船舶航向非线性控制系统,将指令滤波技术和反步法相结合,设计了一种船舶航向自适应神经网络鲁棒跟踪控制器,该控制器的提出不依赖于外部扰动任何的先验信息。首先,利用神经网络补偿船舶航向非线性控制系统中的非线性项;设计自适应律在线更新神经网络权重向量和估计时变环境扰动的未知界。为了避免传统反步法中对虚拟控制律的反复求导,引入指令滤波技术,使得所设计的航向自适应神经网络跟踪控制器具有结构简单、易于工程实现的特点。理论分析表明,所设计的控制器能使船舶实际输出航向以任意期望的精度跟踪给定的参考航向,保证船舶航向闭环控制系统中所有信号一致最终有界。最后,以大连海事大学远洋实习船“育龙”轮为例进行仿真,仿真结果验证了所提控制器的有效性和鲁棒性。     

水面无人艇航向的新型变结构全局快速终端滑模控制方法

针对喷水推进型水面无人艇的航向控制问题,采用一种新型变结构全局快速终端滑模控制方案.首先建立存在不确定外部扰动的无人艇非线性响应模型,然后结合普通线性滑模和传统终端滑模的思想和控制理论设计全局快速Terminal滑模控制器,最后进行Lyapunov稳定性证明和仿真.结果表明:利用该方法设计的控制器,提高了系统状态远离滑模面时的趋近性能,缩短了收敛时间,对外界干扰也具有很强的抑制能力,并且提高了无人艇航向的跟踪性和稳定性.     

基于Backstepping的船舶航向自适应滑模控制

针对Norrbin非线性船舶运动数学模型,提出了一种基于Backstepping的自适应滑模控制策略。为了消除外界扰动的影响,引入扰动估计器的设计方法,并借助Lyapunov函数证明了该控制器可以确保闭环系统渐近稳定,使系统的跟踪误差趋于零。与传统的PID控制策略相比,具有较好的跟踪能力和较快的响应速度。     

基于DSC的欠驱动船舶路径跟踪神经滑模控制

为进一步提高船舶路径跟踪的准确性和稳定性,针对欠驱动船舶易受外界环境的干扰和模型不确定等问题,提出一种基于动态面技术的神经网络滑模控制策略。在虚拟船逻辑制导算法的基础上,结合反步法对虚拟控制律进行设计,引入动态面技术对虚拟控制律的导数进行估计,避免因直接求导而增加计算负担。在动力学回路设计中,将径向基神经网络与滑模控制相结合,设计神经网络权重的自适应律,实现对系统非线性项的在线估计和对实际控制律的设计。采用Lyapunov直接法证明闭环系统的稳定性,并对一艘长为32m的单体船进行仿真试验。结果表明,该控制策略可行,能实现对欠驱动船舶路径的有效跟踪。     

模糊滑模控制在船舶航向非线性系统中的应用

针对一类不确定的非线性系统,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种积分滑模控制器。该方法采用模糊逻辑逼近非线性函数,并且为了消除常规滑模控制器被跟踪信号及其导数已知的限制,在滑模控制中引入了积分项;基于Lyapunov方法导出在线调节的切换增益自适应律,有效的克服了系统固有的抖振问题。理论分析证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差收敛于零的某邻域内。用该控制器对船舶航向进行跟踪控制的仿真研究结果表明:该控制器具有较强的鲁棒性和较好的跟踪性能。     

基于扩张状态观测器的小水线面双体船终端滑模控制

针对小水线面双体(SWATH)船运动控制问题,设计了带有扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的终端滑模控制器。首先,针对SWATH船在随机海浪作用下的运动问题,建立了带有系统复合扰动的非线性运动模型;进而,考虑到系统存在的参数摄动和海浪扰动的复杂性、随机性,将系统分为内环观测器和外环控制器分别设计;利用一个线性ESO对系统的复合扰动进行估计,并在外环终端滑模控制器中进行补偿;最后,利用Lyapunov理论得到了系统的渐进稳定结论。仿真结果表明,带有ESO的终端滑模控制方法能够有效实现SWATH船的运动控制,线性ESO能够准确估计出系统的复合扰动,且终端滑模控制器能够使系统状态快速收敛。     

带有柔性关节从机械臂遥操作机器人系统滑模控制研究

针对遥操作机器人系统在空间与医疗手术应用时出现的从机械臂柔性问题,提出了带有柔性关节从机械臂的遥操作机器人系统的二端几网络模型,并进行了理想性能分析.在此基础上设计了一种新型的滑模变结构控制方案,在该方案中主机械手采用阻抗控制而柔性关节从机械手采用滑模变结构控制策略.实例仿真结果表明,该控制方案能有效地抑制柔性从机械臂...     

改进自适应遗传算法优化的船用增压锅炉上锅筒水位滑模控制方法

[目的]船用增压锅炉的上锅筒水位由于航行中负荷的频繁变化,难以获得理想的控制效果。为了保证上锅筒水位的稳定,对大负荷扰动下的上锅筒水位控制方法进行研究。提出一种基于改进自适应遗传算法优化的增压锅炉上锅筒水位滑模控制方法。[方法]将上锅筒水位偏差的速度和速度变化率引入S函数来设计滑模控制器,采用李雅普诺夫稳定性原理证明其稳定性。在此基础上,利用改进的自适应遗传算法优化滑模控制器。[结果]将改进的自适应遗传算法优化的增压锅炉上锅筒水位滑模控制方法与传统的PID控制方法进行了对比分析。在响应斜坡扰动信号和阶跃扰动信号时,改进自适应遗传算法优化的滑模控制器均能够无差跟踪输入信号,其稳定时间比PID缩短5 s,超调量也小于PID。[结论]仿真结果表明,改进自适应遗传算法优化的滑模控制方法具有更优的控制效果。     

带扰动观测器的船舶轨迹跟踪自适应动态面滑模控制

针对遭受未知外部环境扰动的三自由度全驱动船舶轨迹跟踪控制问题,设计一种带扰动观测器的自适应动态面滑模控制方法。该方法构造扰动观测器估计未知扰动,并对控制量进行前馈补偿,采用σ修正泄漏项的自适应律估计扰动观测误差的界以提高控制精度,结合动态面技术解决传统反演法的微分爆炸问题,并选取李雅普诺夫函数证明该控制器可保证闭环系统内所有信号的一致最终有界性。基于一艘供给船舶进行仿真试验,结果表明,所设计的控制器输出合理有效且跟踪精度高,在工程实际中具有一定的参考价值。     

潜艇深度终端滑模控制技术

潜艇垂直面运动因其强非线性、强耦合性,易干扰等因素的影响,对控制设计要求非常高.基于潜艇垂直面非线性模型,考虑舵的动态响应,用首舵控制深度,尾舵控制纵倾角,分别设计了终端滑模面,采用终端趋近律设计控制器并进行仿真研究.仿真结果表明,该系统具有良好的控制性能和很强的鲁棒性.由于采用连续的控制器,解决了系统的抖振问题.     

一类非线性自适应系统的稳定性研究

针对非线性系统,提出加入自适应控制规律后系统的稳定性分析方法,利用Lyapunov稳定性理论进行分析,证明所设计的自适应控制器是收敛的,具有很强的鲁棒特性和抗扰动能力.通过Matlab仿真软件验证白噪声扰动情况下自适应控制系统的稳定性能.     

基于反馈线性化的船舶自动舵动态滑模控制

针对船舶自动舵的航向控制问题,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想设计了一种船舶自动舵动态滑模控制器.首先设计出包含舵机特性的船舶航向控制仿射非线性系统模型,其次通过状态反馈的方法将原模型变为等价的完全可控型线性化系统,然后设计出动态滑模控制器.仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好的自动跟踪设定的航向,而且能有效的抑制系统的抖振现象,达到设计目的,为研究船舶自动舵控制提供一种参考.