摘要：针对控制输入受限的非线性系统,分6种情况证明有限时间稳定控制器(finite time stable controller,FTSC)作用下的系统状态收敛速度在论域空间中每一点必快于非有限时间稳定控制器(non-FTSC,NFTSC)作用下的系统状态收敛速度,并给出每一类情况下设计参数应满足的充分性约束条件,同时证明这些条件的存在性.在此基础上,提出全控制利用率控制器(CCUC)的定义,证明CCUC必然引起抖振,进而提出准全控制利用率控制器(QCCUC)设计的思想,并证明控制输入受限条件下,FTSC的控制利用率必优于任意快速FTSC(FFTSC),即具有更优的控制性能,从而得到一系列关于参数优化的结论.理论证明的结论通过图表、数例和仿真得到了验证.所得结论对终端滑模控制、加幂积分控制、有限时间稳定backstepping控制等多种FTSC均广泛适用.

摘要：首先分析现有fal函数和传统非线性扩张状态观测器中存在的6类问题,提出一种固定时间收敛的fal函数,其收敛速度快于传统fal函数,且收敛时间上界与初始误差无关;然后,分别设计基于新型fal函数的非线性扩张状态观测器、指数收敛非线性扩张状态观测器和全新结构的固定时间收敛非线性扩张状态观测器;最后,通过仿真验证这3种新型的非线性扩张状态观测器的估计总误差相对于传统非线性扩张状态观测器分别减少15.4%、16.9%和93.8%,对应的被控状态总误差分别减少13.6%、30.4%和78.3%.

摘要：首先,证明最新的fal函数趋近律第2项慢于普通幂次项,整体性能弱于普通幂次趋近律,而多幂次项趋近律存在抖振,且在输入受限约束下,不论如何选择初始状态和参数,趋近速度总是慢于单幂次项趋近律;然后,提出输入受限约束下的变指数幂次趋近律,满足无抖振、有限时间趋近到滑模面、提高收敛速度3项指标要求;最后,推导其收敛时间的上界解析式,证明其收敛速度快于现有5种趋近律,并给出参数选择所需的充分条件.仿真结果表明了改进方案的优越性.

摘要：针对单相全桥工频逆变器设计过程欠缺规范的问题,该文提出了一种以动态设计指标为条件解耦设计主电路滤波参数和控制器参数的公式化分步设计法.以阻性负载跃变量为条件,分析了单相全桥工频逆变器在两种极端情况下的最优负载瞬态响应过程,推导了最优负载瞬态特性关于滤波参数的数学表达式,并给出了表达式适用范围-输出电压跌落量低于10%,且结合逆变器的动态设计指标提出了一种滤波器参数设计方法,再以滑模控制为例,结合动态设计指标给出了一种滑模控制器设计方法.仿真实验结果验证了最优负载瞬态响应过程的存在性,最优负载瞬态特性表达式的正确性和有效性,也验证了解耦设计法的正确性和有效性.该解耦设计法具有良好的理论价值和工程价值.

摘要：该文针对滑模控制单相全桥工频逆变器滑模系数选取困难的问题,基于滑模控制理论建立了单相全桥逆变系统的相变量模型,根据控制受限思想和滑动模态存在条件推导了滑模域与负载电阻和滑模系数之间的数学关系,深入分析了滑模域边界与滑模系数、负载电阻和负载跃变幅度的关系,提出了选取滑模系数的基本原则.基于逆变器加载系统轨线,结合滑模域右边界条件和逆变器期望动态设计指标,给出了一个计算滑模系数的公式,随后给出了切换系数的选取方法,并总结了基于滞环调制的滑模控制器的设计方法.仿真试验采用该方法设计了滑模控制器,结果验证了该设计方法的正确性和有效性.此法操作简便且易于掌握,具有较好理论参考价值和工程推广价值.

摘要：针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.

摘要：针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人(Free Floating Space Robot,FFSR)点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程(DSDRE)控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵(GJM)行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。

摘要：针对一类具有外干扰和建模误差的n阶非线性系统提出一种有限时间Back-stepping动态面控制.在动态面控制方法的子系统控制器设计中设计一个快速有限时间收敛的非线性滤波器,以代替一阶线性滤波器.该方法可避免'计算膨胀',降低高阶系统的误差积累,同时可避免高阶系统有限时间控制难以解决的奇异性问题.针对动态面控制稳定性分析中未将估计误差考虑在内的不足,将其一并考虑,并证明了其稳定性,给出稳态控制误差.最后结合四旋翼飞行器位置控制系统仿真验证了其工程的实用性和优越性.

摘要：针对医学超声图像中声衰减补偿引起的组织结构模糊、清晰度降低问题,提出一种基于引导滤波的自适应优化超声图像方法.首先分析声衰减对医学超声成像能量的影响;其次比较超声信号能量补偿常用方法,选用图像纹理信息进行衰减补偿;再结合引导滤波保边平滑特性,根据超声图像组织结构与斑点噪声均值与方差特性自适应优化,得到具有更多临床诊断信息的高品质超声图像.实验结果表明,该方法改善了图像清晰度,在增强图像组织结构的同时弱化斑点噪声,其有效性在仿真体模、正常与病变组织的超声图中得到了验证.

摘要：针对传统Backstepping动态面控制中滤波器跟踪误差及控制误差在靠近原点阶段收敛较慢、收敛时间无限大、控制器增益存在脆弱性等问题,设计了适用于具有不确定和外干扰的高阶多输入多输出非线性系统的固定时间收敛动态面Backstepping控制。首先提出并证明一种新的固定时间收敛的李雅普诺夫定理;基于此结论,将每一层子系统的虚拟控制器和滤波器均设计为固定时间收敛的新型结构。相对现有方案,新方案的优点是:1)加快了跟踪误差轨迹在远离和靠近平衡点两个阶段的收敛速度,即全论域的快速化;2)避免了参数脆弱性的问题;3)跟踪误差和控制误差都是固定时间收敛的,即不论初始误差多大,收敛时间不仅有限而且存在与初始误差无关的固定上界;4)虚拟控制器和控制器均为非奇异的。