基于自适应动态面的航向跟踪控制器设计

针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种鲁棒自适应控制器。由于在反步法设计过程中加入了一阶低通滤波器使得该方法无需对模型非线性多次微分,因而设计方法简单。所设计的鲁棒自适应控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整。以中远集装箱船COSCO Shanghai号为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的。     

船舶航向非线性系统的模糊神经网络智能控制器设计

船舶航向控制系统具有典型的非线性和不确定性特性，并受自动舵执行能力的约束，这使得作为船舶智能化基础的航向控制极具挑战性。首先分析了船舶航向运动特性，给出带有舵约束的航向运动非线性数学模型；然后以模糊神经网络为控制器结构，在噪声加入和参考轨迹设置算法的支持下使用遗传算法对控制器参数进行自动搜索和优化，设计一种船舶航向智能控制器；最后对航向控制进行仿真。结果表明，所设计的航向智能控制器对船舶参数摄动和扰动具有良好的鲁棒性能。     

船舶航向不对称信息理论与非线性逆推鲁棒控制算法

应用不对称信息理论和鲁棒控制算法简化非线性逆推算法,针对非线性船舶航向保持系统,设计了其Backstepping逆推控制器,由非线性函数项和常规线性控制器组成,将简化的Back-stepping法与闭环增益成形算法相结合,设计其非线性鲁棒控制器。通过非线性鲁棒控制器的控制能够使船舶无超调、无静差地跟踪设定航向,调节时间为600 s,符合船舶航行的实际情况,控制效果良好;当系统增加干扰后,系统的控制输出除了因干扰产生的抖动外,其跟踪性能仍然较好,航向输出无静差,说明控制器具有一定的鲁棒性;是否全部对消非线性项,对其控制效果相差不大,说明当模型发生参数摄动时,系统的控制性能仍能保证。     

基于逆推算法的无人艇神经网络滑模控制

设计一种基于逆推算法的无人艇神经网络滑模控制器,实现了无人艇在大幅度改向操纵运动中航向准确稳定快速跟踪.借助滑模变结构控制技术,设计系统带有积分器的滑模面,引入径向基神经网络逼近系统非线性函数和不确定参数,同时结合非线性阻尼定律克服外界有界干扰,最后利用逆推算法设计出系统控制律.仿真实验结果表明,径向基神经网络能精确逼近船舶非线性函数和不确定参数,控制器输出平滑无抖震,航向输出对船舶参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

基于模糊神经网络的滑模变结构控制方法的研究与实现

针对交流传动不确定非线性复杂系统,结合滑模变结构和模糊神经网的优点,提出了一种模糊神经网络滑模变结构的跟踪控制方法.采用等值控制型切换超平面设计滑模变结构控制系统,使用模糊神经网络系统自适应调节切换增益,得到模糊神经网络滑模变结构模型跟踪控制器.仿真结果表明,所设计的控制器不但能使被控对象较好地跟踪参考模型,而且对系统的不确定性具有不变性,保证了被控系统在整个控制阶段都具有较强的鲁棒性.     

不确定条件下基于神经网络的船舶航向滑模鲁棒控制

设计了一种不确定条件下基于神经网络的船舶航向滑模鲁棒控制算法.该算法能够有效决解模型不确定及外界扰动情况下的船舶运动控制问题.从船舶的非线性响应型运动数学模型出发,采用RBF神经网络对船舶系统函数及外部扰动进行有效逼近,再利用Lyapunov稳定性理论和Backstepping方法设计船舶航向控制器.仿真结果表明该控制算法能够很好地跟踪设定信号,并具有很好的鲁棒性.     

船舶航向非线性系统自适应神经网络控制

提出了一种基于最小参数RBF(径向基)神经网络的船舶航向滑模控制算法.针对船舶运动控制中系统函数非线性不确定性和外界干扰项未知问题,利用RBF神经网络进行逼近.考虑到RBF神经网络权值难以快速调整,采用神经网络最小参数学习法设计设计单个参数的估计代替神经网络权值的调整;最后,借助李雅普诺夫稳定性理论设计出船舶航向RBF神经网络直接跟踪控制律.通过与神经网络控制算法和普通自适应控制算法的仿真比较可知,上述控制算法加快了自适应律的求解速度,控制器结构简单,控制参数少,易于工程设计与实现.     

船舶进出港低速航向保持

为了在船舶进出港时,船舶处于浅水域并以低速航行,在风、浪等强扰动作用下,增强航向控制性能,减小能源损耗,选择三阶Nomoto模型,将航速和水深变化反映到模型参数的变化上,基于闭环增益成形算法设计出一种具有适应性的鲁棒PID控制器,建立基于风、浪干扰的非线性船舶运动数学模型,并用S函数来实现。用PID控制器对非线性船舶运动数学模型进行控制,在Simulink环境中对各种水深、船速及海况进行航向控制仿真。从仿真曲线可看出其航向跟踪效果良好,静差为0,且施舵合理,所设计的控制器对非线性船舶运动数学模型具有良好的控制性能。     

基于自适应动态面的高速列车蠕滑速度跟踪控制

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...     

基于Lyapunov稳定性的船舶航向保持非线性控制

为简化船舶航向保持非线性控制器设计的过程,通过构建Lyapunov能量函数,将设计步骤由2步变为1步,减少了控制器参数的整定数量,避免了非线性控制律对消系统的非线性项.以实际船舶为例,结果表明,采用以上方法设计的非线性简化控制器具有一定的鲁棒性,主要控制指标良好,施舵合理.     

Singular perturbation composite control of a free-floating flexible dual-arm space robot

The Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot is a highly nonlinear and coupled dynamics system. In this paper, the dynamic model is derived of a Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot holding a rigid payload. Furthermore, according to the singular perturbation method, the system is separated into a slow subsystem representing rigid body motion of the robot and a fast subsystem representing the flexible link dynamics. For the slow subsystem, based on the second method of Lyapunov, using simple quantitative bounds on the model uncertainties, a robust tracking controller design is used during the trajectory tracking phase. The optimal control method is designed in the fast subsystem to guarantee the exponential stability. With the combination of the two above, the system can track the expected trajectory accurately, even though with uncertainty in model parameters, and its flexible vibration gets suppressed, too. Finally, some simulation tests have been conducted to verify the effectiveness of the proposed methods.     

Adaptive robust sliding mode control for ship straight-line tracking in random waves

Since complex controllers do not suit for application,we design a simple controller with robustness in changeable sea state.The characteristics of ship motion are large inertia,strong nonlinearity and large time delay.This paper employs adaptive sliding mode technique.We focus on a class of underactuated ship systems with parametric uncertainties and wave efects.Random wave efects are seldom considered in former studies.Various simulations validate the adaptive characteristics and robustness of the proposed controller.The closed-loop system is stable and tracking error can be arbitrarily small by Lyapunov approach.     

Design of rail pressure tracking controller for novel fuel injection system

This paper proposes a rail pressure tracking controller based on a novel common rail system. A mathematical model, based on physical equations, is developed and used for feed forward control design. Rail pressure peak sampling mechanism is designed to remove the disturbance of rail pressure due to fuel injection. An enhanced tracking differentiator is designed to get smooth tracking signal and exact differential signal from signal with noise. Double loop control strategy is designed to decouple the system and to improve dynamic performance of the system. Experimental results indicate that fluctuation of rail pressure is within ±1 MPa in steady condition, while within ±3 MPa in transient condition, which verifies the effectiveness of the proposed rail pressure control strategy.     

基于运动学和动力学模型的无人驾驶路径跟踪控制器设计

设计了一种应用于无人驾驶控制的基于车辆运动学和动力学模型的路径跟踪控制器,包括运动学和动力学模型、路径跟踪控制模型、地图匹配模型和执行命令融合模型,使用实时车辆姿态信息进行转向角度预测,使用实时车辆定位信息进行反馈控制以消除系统干扰和模型误差。系统硬件包括车辆平台、嵌入式Mbed开发平台、Ubuntu系统运行平台和惯性导航系统,软件框架使用robotic operation system(ROS),使用rosserial服务连接嵌入式Mbed开发板与ROS。实车测试表明控制器系统达到设计目的。     

一体式车辆避撞轨迹规划与跟踪控制

为提升复杂交通环境中智能车辆的避撞能力,将路径规划、速度规划及跟踪控制整合为一个优化问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)的一体式车辆避撞轨迹规划和跟踪控制方法。首先,分析实际交通环境中的避撞场景,将智能车辆的避撞控制问题转化为多约束优化问题;其次, 搭建7DOF(七自由度)车辆动力学模型和复合滑移工况的UniTire轮胎模型设计MPC控制器;再次,针对变速控制问题中传统基于时域预测模型的MPC控制方法无法在预测时域中实现车辆空间和位姿约束的问题,设计了基于空间域预测模型的MPC控制器;最后,基于Matlab和CarSim联合仿真平台设计了不同避撞场景验证所提方法,并与现有基于恒速假设的一体式避撞控制方法进行对比。仿真结果表明：所提方法能够充分发挥车辆的机动性能,解决现有一体式控制方法在 复杂环境中避撞失败的问题,并保证避撞过程稳定和轨迹平滑。     

气动防抱死控制系统设计及仿真

介绍了一种客车ABS控制器开发方法，包括硬件电路设计和控制算法实现，扩展逻辑门限方法对路面的识别，并建立了整车9自由度模型仿真试验台，以半实物仿真的形式对设计的控制器进行了验证，获得较好的控制效果。     

Chaotic anti-control for the bounded linear continuous-time system

With regard to the bounded linear continuous-time system, a universal chaotic anti-controlling method was presented on the basis of tracking control. A tracking controller is designed to such an extent that it can track any chaotic reference input, thus making it possible to chaotify the linear system. The controller is identical in structure for different controlled linear systems. Computer simulations proved the effectiveness of the proposed method.     

基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制策略

针对采用传统线性滑模控制的电磁悬浮系统存在响应速度慢以及抗干扰能力差的问题，提出了一种基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制方法，该方法将自适应控制引入到终端滑模控制，结合滑模控制对扰动不敏感的优点，利用自适应控制对滑模趋近律系数进行在线自适应调节，改善悬浮系统的动态性能. 首先，建立了电磁悬浮系统数学模型；然后，利用李雅普诺夫稳定理论证明了所设计控制器的稳定性；最后，进行了仿真和实验验证. 实验结果表明:自适应非奇异终端滑模对信号跟踪具有更快的响应速度和更小的稳态误差，对峰峰值为2 N的正弦或锯齿干扰力气隙波动可限定在0.2 mm以内，进行0.1 kg加减载实验时气隙波动为0.6 mm，各项性能均优于终端滑模和线性滑模.      

带有UKBF的船舶动力定位预测控制器设计

为了精准设计水面船舶动力定位控制系统,将无迹卡尔曼布西滤波与非切换解析模型预测控制方法相结合提出一种预测控制器的设计方法.采用无迹卡尔曼布西滤波算法解决非线性连续系统的滤波问题,获取船舶运动状态的估计值;结合相对阶概念,根据船舶运动非线性模型,应用非切换解析模型预测控制方法设计动力定位非线性控制器,使船舶保持在指定位置.研究结果表明:设计控制器的输出较为平滑,有利于减少推进器磨损;设计控制器使船舶北向位置调节时间小于40 s,超调量小于5%,东向位置调节时间小于60 s,超调量小于5%,艏向角度的最大偏移量小于1.5°,令船舶快速到达了指定位置.