摘要：空间机器人捕获卫星操作过程中不可避免地会与卫星接触、碰撞,此过程中若未对其关节进行有效的保护,很容易造成捕获操作失败,因此提出在各关节电机与机械臂之间添加一种弹簧阻尼机构,该机构不仅能够实现碰撞冲击能量的吸收及柔性振动的抑制,还能配合设计的柔顺策略实现捕获操作的柔顺化。分别利用含耗散力Lagrange方程与Newton-Euler方程导出了碰撞前的双臂空间机器人与卫星分体系统动力学方程;结合Newton第三定律、捕获点的速度及闭链几何约束获得了捕获完成后的混合体系统动力学方程,且通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力;基于障碍lyapunov函数设计了一种状态约束控制方法,实现了轨迹的高精度跟踪;采用模糊自适应控制器对系统的不确定项进行拟合,解决了系统参数不确定的影响。通过lyapunov定理证明了系统的稳定性,并利用数值模拟验证了缓冲机构的抗冲击性能及所提柔顺策略的有效性。

摘要：为解决交流微电网下垂控制产生的偏差问题,本文采用二次控制对分布式电源输出电压和频率进行调节.将微电网看成分布式多智能体系统,智能体间通过稀疏网络进行通信,运用多智能体一致性协议,本文提出一种基于障碍lyapunov函数和自适应模糊系统的二次电压和频率控制器.采用障碍lyapunov函数设计控制器,不但能保持系统的稳定性,还可使输出的电压和频率限制在预设的范围内.采用自适应模糊系统可对系统中的一些参变量的变化进行估计,提高了控制器的鲁棒性.本文给出了严格的稳定性证明.通过对负载变化,以及拓扑结构改变等的仿真测试,验证了所提方案的有效性.

摘要：为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并结合等值注入原理及饱和函数进行合理优化.利用系统不确定性的估计值,在反步控制设计中引入障碍lyapunov函数,将系统的跟踪误差约束在一定范围内,结合参数自适应律,提高系统控制性能.为了验证所提控制方法的性能,在MATLAB/Simulink软件平台构建仿真模型,进一步地,搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统,进行仿真和实验验证.结果表明所提方法的性能优于基于障碍lyapunov函数的反步控制器及传统的反步控制器.

摘要：在实际工业系统中普遍存在输入死区、全状态约束等不可忽视的问题,其对系统的性能造成较大的影响,甚至可能会导致系统不稳定.为了克服上述问题,针对一类不确定非线性系统,提出一种快速收敛的自适应神经网络事件触发控制方法.首先,将障碍lyapunov函数引入到反步控制框架中,采用径向基函数神经网络逼近未知非线性函数,同时设计自适应事件触发机制对输入死区进行动态补偿,通过减少控制信号的更新频率来减轻系统的通信负担,并保证系统所有状态不违反预定义的约束区间.在此基础上,引入快速有限时间稳定理论,在有限时间内能够保证闭环系统所有信号的有界性以及跟踪误差快速收敛到有界的紧集内.最后,通过两个仿真算例验证所提出控制方法的有效性.

摘要：针对复杂扰动下可执行多种任务的复合式变体无人机,提出了一种基于浸入与不变(Immersion and invariance,I&I)理论和隐含系统状态受限条件的复合时变障碍lyapunov函数(Composite time-varying barrier lyapunov function,CTV-BLF)的控制方案.设计了一种基于浸入与不变理论的扰动观测器,构建了一种基于监督因子的有限时间动态尺度因子(Finite-time dynamic scaling factor,FT-DSF)调节器.在此基础上,设计了一种基于复合时变障碍lyapunov函数和动态滑模面的控制器,保证系统状态始终在约束条件之内.通过衍生定理证明轨迹跟踪误差是有限时间稳定的.最终仿真结果验证了所提方案的有效性.

摘要：一种由两台永磁同步电机驱动的发射平台用于发射动能载荷,但该平台在实际运行中经常面临比较强的参数不确定性和气流冲击等未知的外部干扰,大大降低其跟踪精度。针对这一问题,提出一种用于发射平台高精度运动控制的考虑输出约束的基于自适应神经网络观测器输出反馈控制器。该控制器采用扩展状态观测器估计系统中的参数不确定性,同时利用其观测的系统速度值设计相关控制量,从而达到输出反馈控制的目的;另外设计一种改进的样条小脑模型关节控制器神经网络(Spline CMAC)对系统中的未知扰动进行估计,由此利用前馈补偿技术对参数不确定性和时变扰动进行补偿。考虑到发射平台在实际情况中遇到的输出约束问题,采用障碍lyapunov函数分析法设计控制率并证明了系统的稳定性。仿真和实验结果表明:在考虑输出约束的条件下,新的复合控制器能够实现系统的一致最终有界稳定,且跟踪性能很好,并具有很强的抗干扰能力,相比于传统的控制方法有很大的提升。

摘要：针对具有非对称输出约束和外界干扰的不确定非线性系统,提出自适应固定时间反步控制策略.首先,采用非对称障碍lyapunov函数处理系统的输出约束问题;其次,通过构造固定时间干扰观测器估计外界干扰,设计自适应固定时间滤波器,解决传统反步控制的“计算爆炸”问题,通过自适应律估计虚拟控制输入导数的未知上界;再次,基于lyapunov稳定性理论证明闭环系统在固定时间内有界稳定且输出保持在约束范围内;最后,通过永磁同步电机的仿真验证所设计的控制策略的有效性.

摘要：针对冷带轧机液压厚控(HAGC)系统易受外界扰动且存在测量时延的问题,提出基于障碍lyapunov函数的模糊反步控制策略。首先,将HAGC系统模型转化为严反馈系统,并将系统中的测量时延转化为输入时延。其次,设计辅助系统补偿系统中的输入时延;利用模糊逻辑系统和干扰观测器分别处理系统的非线性项和未知综合不确定项;为了保证系统的输出误差满足约束条件,引入障碍lyapunov函数;然后,利用lyapunov稳定性理论证明系统的半全局一致有界稳定性。最后,通过仿真试验验证所设计控制器的有效性。研究结果表明:所提出的控制策略可实现输出的稳定跟踪,且系统输出误差满足约束条件。

摘要：[目的]针对桥梁建设中运用履带式清淤机器人进行沉井清淤时易出现附着力不足而打滑的工程问题,设计基于障碍lyapunov函数(BLF)的轨迹跟踪控制器。[方法]考虑到轨迹跟踪控制器算法质心与几何中心不重合的情况、外界未知有界扰动的影响和系统动态不确定性,建立运动学及动力学运动模型。利用终端滑模观测器(TSMO)在有限时间内逼近外界扰动和系统动态不确定性。通过时变对称有限时间BLF稳定性分析,验证控制系统的稳定性,同时限制系统速度状态以防止控制失效。[结果]仿真结果表明,履带式清淤机器人在所设计的控制器控制下能够平滑且快速地到达期望的轨迹。[结论]研究结果证明了所用方法可以将机器人系统的速度状态限制在符合工程实际的区间内。

摘要：无人机吊挂飞行系统是多变量、欠驱动、强耦合的非线性系统,且该系统存在模型偏差和未知扰动,给无人机位置和吊挂飞行减摆控制带来了困难。文章设计了一种基于补偿函数观测器(CFO)的非线性控制方法。首先,基于拉格朗日方程建立系统的动力学模型。然后,设计了补偿函数观测器来估计未建模动态和扰动,并将估计值反馈给控制器以大幅减弱其给吊挂飞行减摆控制带来的不利影响。仿真实验对比了线性自抗扰控制(LADRC)以及线性二次型调节器(LQR)两种控制方法,结果表明设计的控制器抗扰性更好、鲁棒性更强、控制精度更高。