6篇关于有限时间控制的计算机毕业论文

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非线性系统的预设性能有限时间有界H∞控制研究

这是一篇关于非线性系统,未知初始跟踪条件,预设性能控制,有限时间控制,有界H∞控制的论文, 主要内容为非线性系统广泛存在于实际生产系统中,如机械、冶金、航空航天等工程系统。近年来,对非线性系统的控制研究引起了众多学者的关注。预设性能控制方法能同时保证系统的稳态性能和动态性能,但经典预设性能控制设计方法过于依赖被控变量的初始条件,此方法对于未知初始条件被控系统的控制设计会受到限制。因此,本文针对一类具有外部扰动的非线性系统,采用了一种与初始跟踪条件无关的预设性能控制新方法,研究了其在初始跟踪条件未知情况下的预设性能有限时间有界H∞跟踪控制问题。本文的主要研究内容如下:1.针对一类具有外部扰动的非线性系统,结合backstepping方法、预设性能控制方法和有限时间控制理论,研究了一种与初始跟踪条件无关的预设性能有限时间跟踪控制方法。为了实现这种预设性能控制设计,采用非线性映射和一种新的误差转换思想,设计了预设性能函数,从而确保被约束变量初始条件与预设性能函数的设计无关,解决了预设性能控制依赖于系统被约束量初始条件的问题。另外,系统的被约束变量进入规定约束区域的时间是可以任意设置的。基于这种预设性能控制设计方法,设计了系统的预设性能有限时间跟踪控制器。该控制器不仅能保证系统的稳态性能,同时能保证系统在有界稳定条件下获得良好的动态性能,而且,系统的被约束变量在给定的停息时间内被预设性能函数约束在预先给定的区域里,系统中的所有信号都是有界稳定的。最后给出的仿真实例验证了所提控制策略的有效性。2.研究了一类具有外部扰动的非线性系统的自适应预设性能有限时间有界H∞跟踪控制问题。但是,一般的H∞控制方法要求系统必须是渐近稳定的,因此,本章针对具有外部干扰的非线性系统,结合预设有限时间控制,提出了一种自适应预设有限时间有界H∞控制方法,该方法在设计H∞控制器时只要求系统达到有界稳定的条件。在控制设计中,用径向基神经网络处理打包的未知非线性函数,通过数学处理方法,解决了设计有限时间控制器时出现的奇点问题,确保了有限时间控制设计的合理性。同时,提出一个新的误差转换函数,简化了有界H∞控制的设计过程。所提出的控制方法保证系统对外部干扰具有良好的抑制性能,从而使系统获得良好的跟踪性能,并且系统中所有的信号都是有界稳定的。通过仿真验证了所提控制方法的有效性和优越性。

非线性系统的预设性能有限时间有界H∞控制研究

带非线性负载的直流变换器自适应控制方法研究

这是一篇关于直流变换器,恒功率负载,自适应控制,有限时间控制,无电流传感控制的论文, 主要内容为随着新能源的飞速发展,直流微电网的应用与研究受到了广泛的关注。直流变换器是直流微电网的重要组成部分,用于能源与母线、母线与负载之间,以调节并稳定输出电压,其工作性能会直接影响直流微电网的稳定性。负载所引入的非线性以及负阻抗特性、多变的工作环境所引入的不确定性是影响其工作性能的重要因素。对此,本文考虑了参数摄动、负载扰动、输入电压波动等不确定性,开展了针对带非线性负载直流变换器的自适应控制研究,具体内容如下:(1)针对带恒功率负载的升压变换器的控制问题,提出了一种自适应有限时间控制器。首先,借助反馈线性化技术,将该升压变换器系统转化为线性系统,解决了升压变换器的非最小相位特性以及恒功率负载的非线性特性。其次,针对所得线性系统设计了非奇异终端滑模控制器。然后,设计有限时间观测器来估计输入电压,通过将观测值引入上述控制器中得到了自适应有限时间控制器。最后,给出了闭环系统有限时间稳定性的证明,并进行了仿真验证。所提出的控制器可以有效抑制输入电压扰动对系统的负面影响。(2)针对带未知恒功率负载的直流降压变换器的无电流传感控制问题,设计了一种基于降阶广义参数估计的观测器。该观测器基于动态回归扩展和混合技术将状态观测转化为参数估计问题,可以同时重构系统的不可测电感电流和未知功率负载,并能够保证观测器的有限时间收敛。然后,将观测项引入现有的全信息控制器中,实现了自适应无电流传感控制方案。最后,通过实验评估了所设计控制器的性能。(3)针对带ZIP负载(电阻负载“Z”、恒电流负载“I”和恒功率负载“P”的并联组合)直流降压变换器的控制问题,设计了一种自适应能量整形控制器。首先,利用能量整形技术,在端口哈密顿系统的框架下设计了状态反馈控制器,该控制器的实现不需要ZIP负载信息。然后,基于浸入和不变性理论,设计了输入电压观测器,通过将观测输出代入上述控制器,得到了自适应能量整形控制方案。最后,进行了严格的闭环系统稳定性分析,并给出了仿真和实验结果以评估所设计控制器的性能。该控制方案对负载、输入电压等参数的摄动问题具有较好的鲁棒性。

不确定非线性系统的反步自适应鲁棒输出反馈控制

这是一篇关于严格反馈非线性系统,障碍Lyapunov函数,动态面控制,有限时间控制的论文, 主要内容为不确定非线性系统大范围地应用在工业制造和国防建设等实际生产中,例如船舶、飞行器、机械臂、液压系统等。为满足工程需要,被控系统总是期望在达到稳定性的基础上拥有更快的收敛速度、更高的跟踪精度或其它更优的性能指标。然而,由于环境干扰、建模误差、执行器故障、物理特性等各种因素的影响,被控系统不可避免地存在参数不确定性、扰动或约束等问题,对系统性能造成极大地影响。因此,研究不确定非线性系统的干扰抑制等控制问题具有非常重要的理论意义和应用前景。本课题以参数不确定性、外部扰动和约束等不确定性因素对严格反馈非线性系统的影响为切入点,结合级联扩展状态观测器、动态面控制技术、障碍Lyapunov函数、扰动观测器、有限时间命令滤波器等方法,研究自适应鲁棒输出反馈控制策略,保证系统的稳定性和鲁棒性,实现控制策略对系统的跟踪性能。研究内容主要包括以下三个方面:(1)研究外部扰动和参数不确定性对严格反馈非线性系统的影响机理,在没有速度信息测量的条件下,构造一组级联扩展状态观测器进行扰动估计,提出抑制未知外部扰动的自适应鲁棒输出反馈控制策略。通过在级联扩展状态观测器引入参数自适应设计,补偿系统参数不确定性,同时产生连续估计信号避免输入抖振现象。进一步地,为了避免反步技术中虚拟控制律的反复求导引起的“微分爆炸”,通过利用递归滑模动态面方法,简化控制算法设计的复杂度,提高系统鲁棒性。其次,在控制算法中采用非线性增益函数代替线性增益函数改善系统性能,同时能有效补偿高增益引起的输入饱和限制。最后通过Lyapunov稳定性理论和仿真实验对所提控制方法的有效性进行分析验证,证明了上述控制方法能够保证闭环系统的稳定性,并具有良好的跟踪性能和抗干扰能力。(2)研究了具有输出约束和状态约束不确定非线性系统的反步自适应鲁棒输出反馈控制策略,解决复杂不确定性对系统性能的负面影响,实现约束条件下非线性系统的跟踪控制性能。将障碍Lyapunov函数和动态面控制技术结合设计的反步控制框架,消除了虚拟控制律的重复求导问题,同时解决了约束限制。为了缓解传统滤波器增益选择的保守性,在控制算法中引入自适应增益非线性滤波器。另外,利用扰动观测器对扰动进行估计,参数自适应律的设计减轻不确定因素对系统性能的影响。通过Lyapunov稳定性理论及仿真实验论证,提出的控制策略能够确保输出约束和状态约束的有界性使闭环系统的跟踪误差收敛到零值的很小邻域,且所有信号最终已知有界稳定,确保了显著的跟踪控制性能。(3)研究了不确定非线性系统的有限时间反步自适应鲁棒输出反馈控制策略,实现有限时间跟踪控制。考虑到控制系统的瞬态性能,利用预设性能技术将跟踪误差信号收敛到规定的小紧集,使收敛速度和稳态误差满足预先规定的性能界限。其次,为了保证虚拟信号导数的快速逼近,削弱抖振现象,基于有限时间命令滤波器设计了反步自适应控制算法。对对于滤波器产生的滤波误差,引入误差补偿机制,快速消除滤波误差的影响。将扰动观测器运用到跟踪误差补偿设计中,降低扰动对系统性能的影响。基于Lyapunov稳定性条件推导出自适应参数的更新律,实现系统的一致有界稳定。通过仿真实验验证,所提出的有限时间控制策略具有跟踪精度高、收敛速度快、抗干扰能力强等突出优势。

考虑输入饱和的农机路径跟踪控制系统研究

这是一篇关于无人驾驶农机,路径跟踪,有限时间控制,饱和控制器,扰动观测器的论文, 主要内容为随着社会的发展,农业作为支撑国民经济的支柱产业和基础产业,势必需要与时俱进。2018年中共中央国务院印发的《乡村振兴战略规划(2018-2022年)》再次提出要精准施策推进乡村振兴战略,推进农业现代化、促进农业振兴,积极推进精准农业发展。精准农业的目标是实现农业生产效率的提高,而无人驾驶农机的普及和应用极大地提高了作业效率,并为我国步入精准农业社会开辟了道路。特别的,路径跟踪技术是实现无人驾驶农机自主行驶和智能作业的重要技术手段之一,对农机的智能化、精准化和信息化发展具有重要意义。如今势头正盛的路径跟踪技术的发展为无人农机自动驾驶系统注入了新的活力,作为农机自动驾驶系统的关键之一,其具备减少人力消耗,提高生产效率的优势。然而,国内无人农机路径跟踪控制技术开发起步较晚,其控制效率以及稳定性亟待提升。目前,农机路径跟踪控制系统研究仍存在一些问题,本文针对这些问题,将开展如下研究:(1)针对农机路径跟踪控制系统展开研究,基于车辆运动学理论,对涉及车身状态信息获取和前轮转向控制等模块进行数学建模。为实现更精确的路径跟踪控制,对实际控制需求进行分析,并对系统做出相应的简化设计。首先分别以大地和农机车体为中心建立坐标系,在所建立的坐标系下,将农机车辆本身简化为二轮车模型(自行车模型),分别以前轮和后轮为中心,引出控制量前轮转向角、行驶速度以及农机航向角,根据前后轮的几何关系,得到农机控制系统的运动学模型。(2)基于农机运动学模型,建立农机路径跟踪偏差模型。考虑到农机路径跟踪控制的实际需求,重点关注农机本身行驶轨迹与参考路径间的偏差,选择横向偏差和航向偏差为状态变量,参考路径以曲率形式表示,建立以偏差为状态的农机路径跟踪偏差模型。此外为了更为准确地描述实际情况下农机作业环境的复杂程度,模拟农田环境的不确定性因素,为系统引入随时间变化的扰动量,得到扰动下的农机路径跟踪偏差模型。(3)针对农机控制系统中执行器饱和问题,为其设计嵌套饱和控制器。首先,为了保证系统的局部稳定性,设计一个能够在区域内稳定系统的线性控制器;其次,为了解决实际控制过程中,饱和函数的饱和度可能随着时间变化而非递增的问题,将饱和函数与线性控制器组合,构造一个嵌套饱和控制器。相较于传统的饱和控制器,所设计的嵌套饱和控制器饱和度的选取更加灵活,控制器的稳定性和鲁棒性更好;进一步,将滑模观测器和有界控制器结合起来进行复合控制,通过将滑模观测器与有界控制器结合,使控制系统对外部干扰具有更好的适应能力。(4)基于线性系统设计的嵌套饱和算法无法完全适用于具有非线性特征的实际系统。为了更契合非线性特性的农机路径跟踪控制系统,设计了一种基于非线性系统的有限时间嵌套饱和控制算法。采用两步法设计的有限时间嵌套饱和算法能够显著缩短系统的响应时间和提高抗干扰能力,提高系统的稳态性能。通过仿真结果可以看出,基于非线性系统设计的有限时间嵌套饱和控制算法具有更好的动态性能和抗扰能力,相比于嵌套饱和控制算法有着更明显的优势。(5)基于有限时间嵌套饱和控制系统的设计,验证农机路径跟踪控制系统在实际工程应用中的有效性。首先,介绍了云乐NWD01无人车试验平台,给出具体的软硬件设计方案;其次,将路径跟踪系统算法通过编程开发应用到云乐无人驾驶系统中,根据实际控制需求对其导航定位、航姿勘测和线控转向系统进行改造,搭建完整的实车试验平台;最后,选择试验场地,模拟田间环境进行试验。结果表明试验车辆在较短的时间内能够完成跟踪上线过程,且线上路径跟踪横向偏差均能保持在一定范围内,说明了本文所研究的控制算法能够满足农机田间作业下的路径跟踪控制精度要求,符合现代精准农业中无人农机自动驾驶控制系统标准。