基于遗传算法和分数阶技术的水下机器人航向控制

[目的]自主式水下机器人(AUV)在海洋资源勘探、水下设备检修、水下搜救等领域发挥着重要作用,是探索海洋、开发海洋资源的重要工具。AUV的航向控制是其完成水下作业任务的基础。目前国内工程上多使用常规整数阶PID(比例、积分、微分)控制器进行航向控制,但该方法存在鲁棒性较差和参数整定复杂的问题。[方法]针对以上常规航向控制方法的不足,提出一种基于分数阶PID技术的航向控制器,并结合遗传算法完成控制参数自动整定,以提高控制器的实用性。分别对试凑法整定整数阶PID参数、基于遗传算法整定整数阶和分数阶PID参数的3种航向控制器进行算法仿真对比。[结果]结果表明:基于遗传算法整定分数阶PID参数的航向控制器相较于其他2个控制器,在上升时间与稳态误差基本相当的情况下超调量显著减小。[结论]说明基于遗传算法整定参数的分数阶水下机器人航向控制算法有效并具有优越性。     

一个新混沌系统的非线性反馈同步

研究了一个新的混沌系统的混沌同步问题。基于Lyapunov稳定性理论,采用非线性反馈混沌同步方法,给出了该系统实现自同步的充分条件以及控制律参数的取值范围;结合参数自适应混沌同步方法,实现了该混沌系统与统一混沌系统的异结构系统快速同步。数值仿真证明了该方法的有效性。     

用一种新方法实现超混沌系统的同步

基于Lyapunov稳定性理论,提出了一种能实现广义的Lorenz系统和超混沌Chen系统同步的方法,通过选取适当的控制器可以达到同步,而且还可以将控制器的结构进一步简化,具有稳健,易于实现的效果。理论分析和数值计算的结果完全一致,表明该方法的有效性。     

一个新的不确定超混沌Lorenz系统的自适应同步

讨论了一个新的不确定超混沌Lorenz系统的自同步问题．基于Lyapunov稳定性理论,结合自适应混沌同步方法,给出了该超混沌系统实现自同步的充分条件以及控制律参数的取值范围．数值仿真证明了该方法的可行性和有效性．     

异结构超混沌系统的函数投影延迟同步

实现异结构超混沌系统的函数投影延迟同步,对扩大混沌同步的通信范围和保密效果具有重大意义.本文研究了两个异结构超混沌系统的函数投影延迟同步的问题,基于Lyapunov稳定性理论,通过主动控制同步方法和自适应控制同步方法,分别实现了参数已知和参数未知的超混沌R(o)ssler系统和超混沌Lorenz系统间的函数投影延迟同步...     

新五维超混沌系统反同步研究

以新五维超混沌系统为对象，基于Lyapunov稳定性理论，采用非线性控制法、主动控制法及全局控制法，分别设计了控制器，实现了新五维超混沌系统的反同步。通过数值仿真，对三种方法的反同步效果进行了验证和对比分析，结果显示主动控制法优于其它两种方法。     

基于自适应Backstepping方法的舰船电力系统混沌控制

将自适应Backstepping方法运用到舰船电力系统的混沌运动的控制中,可以将混沌系统稳定在平衡点,从而达到对船舰电力系统混沌运动的有效控制。根据船舰电力系统应用模型,该文设计了自适应控制器,当舰船电力系统处于混沌运动时该控制器自动开启。数字仿真表明该方法能够达到迅速抑制混沌的目的。     

水下潜器姿态角的分数阶PID控制研究

针对水下潜器纵向姿态角控制的稳定性问题,对水下潜器的姿态角控制系统设计一种分数阶PID控制器。在控制器设计过程中,引入时间误差绝对值(ITAE)准则,ITAE准则的引入可快速获得分数阶PID的优化参数,设计优化分数阶PID控制器。最后,以水下潜器的传递函数为仿真对象,分别采用分数阶PID控制器和常规PID控制器进行仿真研究。通过控制性能比较发现,本文所提出的分数阶PID控制器的控制效果明显优于常规PID控制器,且分数阶PID控制器具有更强的鲁棒性。     

水下潜器姿态角的分数阶 PID 控制研究

针对水下潜器纵向姿态角控制的稳定性问题,对水下潜器的姿态角控制系统设计一种分数阶 PID 控制器。在控制器设计过程中,引入时间误差绝对值（ITAE）准则,ITAE 准则的引入可快速获得分数阶 PID 的优化参数,设计优化分数阶 PID 控制器。最后,以水下潜器的传递函数为仿真对象,分别采用分数阶 PID 控制器和常规PID 控制器进行仿真研究。通过控制性能比较发现,本文所提出的分数阶 PID 控制器的控制效果明显优于常规 PID控制器,且分数阶 PID 控制器具有更强的鲁棒性。     

SWATH船纵向运动的分数阶PI~λD~μ控制

针对小水线面双体船(SWATH)的纵向运动稳定性问题,对某SWATH船设计了一种分数阶PIλDμ控制器。首先,在控制器设计过程中,引入ITAE准则获得分数阶PIλDμ控制器的优化参数,并以类似方式得到优化参数的最优PID控制器。然后,以SWATH船为研究对象,分别采用分数阶PIλDμ控制器和最优PID控制器对其等效Nomoto模型和考虑风浪干扰后的模型进行仿真研究。最后,对它们的控制性能及控制能量消耗进行比对分析。通过分析发现,本文所提出的分数阶PI~λD~μ控制器的控制效果明显优于最优PID控制器,且分数阶PIλDμ控制器更为节能。     

SWATH船纵向运动的分数阶PIλDμ控制

针对小水线面双体船(SWATH)的纵向运动稳定性问题,对某SWATH船设计了一种分数阶PI^λD^μ控制器。首先,在控制器设计过程中,引入ITAE准则获得分数阶PID控制器的优化参数,并以类似方式得到优化参数的最优PID控制器。然后,以SWATH船为研究对象,分别采用分数阶PI^λD^μ控制器和最优PID控制器对其等效Nomoto模型和考虑风浪干扰后的模型进行仿真研究。最后,对它们的控制性能及控制能量消耗进行比对分析。通过分析发现,本文所提出的分数阶PI^λD^μ控制器的控制效果明显优于最优PID控制器,且分数阶PI^λD^μ控制器更为节能。     

一个新混沌系统的异结构反同步

研究了一个新的三维混沌系统的异结构反同步问题．基于Lyapunov稳定性理论,采用主动控制方法,实现了一个新混沌系统分别与Lorenz系统、Chen系统和La系统的异结构反同步．数值模拟证明了该方法的可行性和有效性．     

一个新混沌系统的自适应Backstepping控制

研究了一个新的混沌系统的控制问题,根据Lyapunov稳定性理论方法构造一个新的自适应控制器,给出了控制器及未知参数的自适应律解析式,识别了系统的全部4个参数,同时将系统控制到一个稳定点,方法简单,控制效果好。数值模拟证明了该方法的可行性和有效性。     

船舶电力系统自适应Backstepping混沌控制

为了抑制船舶电力系统在周期电磁扰动下可能产生的混沌振荡,在两机并联模型的基础上,应用自适应Backstepping方法设计了系统的混沌控制器。应用Lyapunov稳定性理论证明了在该控制器作用下,系统能够保持闭环渐进稳定。仿真结果表明,混沌控制器能够以较快的收敛速度抑制系统中的混沌,使系统状态迅速稳定在平衡点,同时还能够以较快的速度辨识出导致系统产生混沌的参数。     

一个新混沌系统的自适应Backstepping控制

研究了一个新的混沌系统的控制问题，根据Lyapunov稳定性理论方法构造一个新的自适应控制器，给出了控制器及未知参数的自适应律解析式，识别了系统的全部4个参数，同时将系统控制到一个稳定点，方法简单，控制效果好。数值模拟证明了该方法的可行性和有效性。     

一种新的混沌系统的优化控制

描述了一种新的混沌系统及其基本动力学行为。随参数的不同,该系统能同时显示2个单漩涡混沌吸引子,或同时显示2个双漩涡混沌吸引子。基于Lyapunov稳定性理论和Krasovskii理论,结合坐标平移变换,对该混沌系统设计了一优化控制器,将混沌吸引子渐近稳定到它的不稳定的平衡点。理论分析和数值仿真都表明了该控制器的有效性。     

基于分数阶PI~αD~β的船用永磁同步电机控制策略研究

船用永磁同步电机是一种非线性、强耦合、多变量的复杂系统,使用常规的PID对其进行速度控制时难以达到理想的效果。为了改善船用永磁同步电机调速系统的性能,设计了一种新的速度控制器-径向基(RBF)神经网络分数阶PI~αD~β控制器。利用径向基神经网络的自学习和自训练的功能,对控制器的参数进行在线优化,以便使控制器在未知的系统中能够具有快速的适应能力和较好的控制性能。将设计的控制器应用于船用永磁同步电机的速度控制回路中,并在高速度、大负载扰动的条件下对其进行仿真实验。结果表明,使用了RBF神经网络分数阶PI~αD~β控制器的电机控制系统,具有良好的动态响应能力和较强的扰动抑制能力。     

一类新混沌系统的自适应控制与异结构同步在保密通信中的应用

对一个新混沌系统,先分析其稳定性,再通过坐标变换对此系统进行控制。接着设计了一自适应控制器,通过自动调整参数β,实现了与另一系统的异结构同步,并把此控制器运用到保密通讯中。理论分析和数值计算的结果完全一致,表明了该方法的有效性。     

一个新五维超混沌系统的动力学分析

基于超混沌Lorenz系统,通过引入一个线性控制器,构造了一个新的五维超混沌系统。采用数值模拟的方法,研究了该系统的动力学行为,包括平衡点的稳定性、系统分叉图、混沌吸引子相图、Lyapunov指数谱等。结果表明,新五维超混沌系统随着引入参数的变化呈现周期、混沌及超混沌等动力学行为,并且扩大了系统处于超混沌状态的参数范围,可用于混沌保密通信。     

一类新混沌系统的自适应控制与异结构同步在保密通信中的应用

对一个新混沌系统，先分析其稳定性，再通过坐标变换对此系统进行控制。接着设计了一自适应控制器，通过自动调整参数口，实现了与另一系统的异结构同步，并把此控制器运用到保密通讯中。理论分析和数值计算的结果完全一致，表明了该方法的有效性。