Adaptive Sliding-Mode Tracking Control for an Uncertain Nonlinear SISO Servo System with a Disturbance Observer

An adaptive sliding mode controller with a disturbance observer (ASMC-DO) is proposed for the control of a single-input and single-output (SISO) servo system which has uncertain parameters, nonlinear friction, disturbance and input saturation. It is difficult to choose the suitable value of the parameters. The newly designed adaptive method is used to reduce the effects of system time-varying parameters, such as the moment of inertia and the damp coefficient. The robustness of object is improved. A DO is selected to approximate the compound disturbance and to render the estimate error convergent in finite time. The stability and the convergence of the closed-loop system are proved by using the Lyapunov theory. Experimental results show that the proposed ASMC-DO can better satisfy the influence of variable parameters and external disturbance to the control precision of the SISO servo system than other two controllers. The effectiveness of the proposed controller is showed. The control input stability and robust performances of the input saturation system are enhanced and the chattering is reduced.     

Topological Expression Model of Satellite Gear Mechanism

By investigation of the topological characteristics of the kinematic structure of Satellite Gear Mechanism (SGM) with graph theory, the graph model of SGM is analyzed, and a topological expression model between input and output of SGM is established based on systematic design point. Meanwhile, the mathematical expression for SGM is deduced by integrating matrix theory and graph theory; thus, the topological characteristics of the kinematic structure of SGM can be converted into a matrix model, and the topological design problem of SGM into a matrix operation problem. In addition, a brief discussion about the measures for identification of isomorphism of the graph mode is made.     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。      

一种新型单相三开关光伏并网逆变器研究

光伏逆变器由于受外界因素以及逆变器的一些内在因素的影响,导致逆变器对输入电压的要求很严格。传统的逆变器加变压器的方法和多级级联的方法不能够妥善解决输入电压适应性的问题。为满足对大范围直流电压输入变化的适应性要求,同时实现光伏并网逆变器逆变与升压两个功能,提出了一种新型的单相三开关光伏并网逆变器拓扑。采用高频开关器件和反激变换器,替换了传统笨重的工频升压变压器,使得逆变器的体积、重量及成本降低,易于集成,且提高了变换效率。实时波形反馈技术的闭环SPWM（sinusoidal pulse width modulation）控制方法,可提供快速响应。通过一个小的交流滤波器可获得低谐波失真的正弦输出。对理论分析结果进行仿真验证,结果表明该新型单相三开关光伏并网逆变器具有拓扑简单,适应大范围直流输入电压变化,可靠性高等优点。     

基于Simulink的单相矩阵变换器的研究

介绍了矩阵变换器(MC)的优点,在此基础上分析单相矩阵变换器的工作原理、拓扑结构及推导过程,并基于Simulink进行仿真研究.以此来证明这种变换器的优点.通过仿真结果,发现这种交-交变换器具有输出频率连续可调、输出电压波形存在畸变,但在一定范围内连续可调、输入输出电流较接近正弦波等优点,发展前景大,值得进一步研究.     

非接触移动供电系统不同补偿拓扑下的鲁棒性分析

为揭示非接触移动供电系统参数扰动的产生、传播及影响机理,首先采用广义状态空间平均建模方法,建立了4种基本双边谐振补偿拓扑的系统不确定模型;其次,研究了电磁耦合机构相对距离和工况变化导致的互感及负载扰动特性,并依此推导出软开关调制模式下的系统频率扰动规律;第三,基于参数扰动模型分析了互感、负载及频率变化对系统输出的影响,并通过计算系统结构奇异值分析了不同补偿拓扑系统的鲁棒稳定性;最后,针对一套双边串联谐振补偿系统,对互感及负载偏离标称值条件下的系统鲁棒性进行了验证实验.实验波形表明:当互感和负载分别在标称值（12.15 H、5.00 ）与摄动值（9.51 H、12.55 ）之间变化时,系统仍然是鲁棒稳定的,采用PI控制能较好地抑制其对负载输出电压的影响.      

最小方差控制中的最优输入信号设计

为研究最小方差控制中的最优输入信号设计问题,推导了最小方差控制器与闭环反馈结构中对象模型、噪声模型之间的关系.基于闭环反馈系统中频响函数估计的渐近分析,考虑系统对象模型、噪声模型和控制器三者之间的摄动性.分别采用输出端误差平方的均值、输入端误差平方的均值和输出端估计值平方的均值作为评价性能指标函数,推导三种情况下最优输...     

具有输入时滞的二轮自平衡车自适应滑模控制

对具有输入时滞的二轮自平衡车系统, 设计了一种自适应滑模控制算法; 采用拉格朗日函数建立二轮自平衡车系统的动力学数学模型, 并在系统模型中考虑实际中存在输入时滞, 以及在处理输入时滞时所引入的未知扰动; 对变换后的输入矩阵做奇异值分解, 进一步设计了对扰动参数具有自适应估计能力的自适应滑模控制器; 基于Lyapunov稳定性理论, 保证了闭环系统鲁棒渐近稳定; 试验采用陀螺仪MPU-6050以及加速度传感器构成小车姿态检测装置。分析结果表明: 当控制参数较小时, 系统的超调量较小, 然而系统的调节时间较长; 当控制参数较大时, 系统产生了较明显的超调量, 然而系统的调节时间缩短了; 当外加扰动较小时, 车体速度变化小于0.08 m·s-1, 倾角角速度变化小于0.6°·s-1; 当外加扰动较大时, 车体速度变化小于0.10 m·s-1, 倾角角速度变化小于0.8°·s-1; 初始倾角为5°时, 车体速度保持在0.005 m·s-1范围内, 倾角角速度保持在0.022°·s-1范围内; 初始倾角为10°时, 车体速度保持在0.007 m·s-1范围内, 倾角角速度保持在0.031°·s-1范围内。可见, 自适应滑模控制算法能在引入适量干扰和不同初始车体倾角的情况下, 使小车自主调整并迅速恢复稳定状态。      

A Direct Compensative Robust Optimal Control （DCROC） Law for Ship Straight-line Track-keeping

A linear quadratic optimal direct track-keeping control law was proposed based on first-order Nomoto nominal model. Furthermore, based on Lyapunov stabilized theory, considering parametric uncertainty from variations of ship speed and disturbances uncertain from wind, wave and sea current, a direct compensative robust optimal control (DCROC) law was developed. It can guarantee closed-loop system globally and uniformly converge to a remained set. High accuracy and robustness were achieved. By introducing some nonlinear blocks, closed-loop system achieves global and uniform asymptotical stableness. Numerical simulations on a Mariner Class ship are presented to validate the control law.     

船舶航向非线性系统的输出反馈鲁棒控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在非线性，假设模型参数和外界干扰有界的情况下，首先利用Lyapunov稳定性模型，提出了一种状态反馈鲁棒控制新算法的自动舵设计，进而考虑到实际船舶上，在进行航向控制时，并不是所有船舶运动状态都是可测的，仅有航向是可测的，采用一种高增益状态观测器对状态进行重构，提出了输出反馈鲁棒控制自动舵设计，以大连海事大学远洋实习船“育龙轮”为例，进行了输出反馈鲁棒控制自动舵设计，并利用Matlab工具箱进行了仿真研究，结果证明该算法是十分有效的。     

机械振动系统的频响函数估计方法研究

为提高频率响应函数（FRF）的估计精度,基于主成分和总体最小二乘法的思想,分别提出SISO和MIMO测量条件下的FRF估计模型,模型能考虑输入输出随机噪声影响且理论清晰、简单易行.利用振动传递路径系统模型验证提出方法比传统方法更具有效性.依据不同的测量环境、测量对象、精度和效率等要求,提出FRF测量、估计等环节的有效策略.研究成果为获取精度高、鲁棒性好的FRF提供了有力支撑.     

一种新的基于自组织映射的流形学习算法

针对自组织映射（Self-Organizing Map,SOM）算法在进行流形学习时容易陷入局部极值和产生“拓扑缺陷”问题的原因,提出了一种新的基于SOM的流形学习算法：TO-SOM（Training Orderly-SOM）．根据流形的局部欧氏性,TO-SOM算法从一个局部线性或近似线性的数据子集出发,按照数据的内在流形结构对其进行有序训练,可以避免局部极值、克服“拓扑缺陷”．根据SOM算法的鲁棒性,TO-SOM算法在成功学习数据内在流形结构的同时,对邻域大小参数和噪声也不像ISOMAP和LLE等现有流形学习算法那样敏感,从而更容易得到实际应用．     

基于时效性的物流枢纽拓扑结构脆弱性分析

为了能够有效定位物流枢纽薄弱环节,保障物流枢纽的正常运营和可持续发展,运用复杂网络理论,基于物流枢纽脆弱性概念及其影响因素分析,通过因脆弱性使物流结点和联接线路失效后对物流枢纽时效性的影响分析,构建了物流枢纽系统脆弱度模型,并对一个典型的物流枢纽拓扑结构的脆弱性进行实例分析。结果表明脆弱度指标具有可比性和有效性,可用于物流结点及联接线路对物流枢纽拓扑结构脆弱性影响分析。     

基于电流馈电拓扑的车载直流变换装置研制

分析了电压馈电推挽全桥电路和电流馈电推挽全桥电路的特点,设计了一种基于电流馈电拓扑的车载高频隔离开关稳压电源。该电源以电流型控制芯片KA3846为控制核心,采用双闭环的控制方法,设计了PWM发生电路、驱动电路、保护电路以及双闭环控制电路,而且系统具有软启动、封锁输出脉冲、过流等保护功能。系统测试结果表明,该电源结构简单、工作可靠、成本低。     

ROBUST DISSIPATIVE CONTROL FOR STATE-DELAYED SYSTEMS WITH DISSIPATIVE UNCERTAINTY

Introduction　　Since notion of a dissipative dynamical systemwas introduced by Willems[1] ,it has played a veryimportant role in system,circuit,network andcontrol engineering and theory.Dissipativeness isa generalization of the passivity in electrical net-works and other dynamical systems which dissipateenergy in some abstractsense.Applications of dis-sipativeness in the stability analysis of linear sys-tems with certain nonlinearfeedback were firstdis-cussed in Refs.[1 ,2 ]. The theory of d…     

基于拓扑变换的一种不确定性推理方法

不确定性推理的研究是人工智能研究领域的核心问题之一,也是近年来一个很活跃的研究方向.关于解决和处理不确定性推理问题的方法有很多.但从数学本质上来看,它们都是在推埋的前提和结论之间建立一种变换关系,并利用该变换关系去处理该推理问题.本文用模糊拓扑和模糊数学的方法给出了一种基于拓扑变换的不确定性推理方法.这为处理不性推理问题提供了一种合适的方法.     

考虑二阶效应的空间刚架结构布局优化

针对三维空间刚架布局优化问题,以七自由度节点梁柱单元二阶弹性理论推导考虑构件几何非线性和截面翘曲变形的非线性刚度矩阵,通过整合梁柱单元非线性刚度矩阵对刚架结构进行整体的二阶弹性分析,建立满足刚架结构强度、刚度和稳定性要求的布局优化数值模型;并针对复杂刚架结构布局优化数值求解问题,改进遗传搜索算法（GA）,提出可靠拓扑和引导型遗传算法双向控制方法（KLGA）. 该方法一方面将拓扑变量从布局设计变量中分离,以构件重要度评定结构可靠拓扑变量组合,再与设计变量整合;另一方面将结构特有的引导信息加入算法中,为GA提供全局最优解的指引路径. 通过两种典型的刚架算例表明二阶效应模型和KLGA算法的可行性和有效性,例如算例2中基于二阶效应模型的KLGA得到的最优结构质量比GA减轻了24.5%,波动幅度从9.61%提升到1.39%,算法更加稳定.