一、球棒系统的建模及反馈控制（论文文献综述）
胡芳芳[1]（2020）在《具有状态约束的欠驱动无人艇运动控制研究》文中研究指明系统控制输入向量空间的维数小于系统自由度个数的系统称为欠驱动系统,该系统的特点是用维数少的控制输入驱动较多自由度的运动。欠驱动系统不仅可以降低系统成本、重量和体积,还可以为全驱动系统执行机构出现故障时提供应急控制策略,因此欠驱动系统的控制问题得到了广泛关注。仅配备纵向推力装置和航向转向力矩装置的无人水面艇,横向状态受二阶非完整约束,是典型的欠驱动系统。无人艇运行中受到模型摄动（参数不确定性和未建模动态）和外界环境扰动（风、浪、流等引起）影响;各状态之间耦合严重,非线性特性强;另外在狭窄水道航行、编队航行、多智能体协作航行时,需要对状态或输出进行较为严格的约束,以避免无人艇偏离期望航线而发生碰撞或通讯丢失,以上特性和因素给其运动控制带来了巨大的挑战。本文以具有欠驱动特性、状态约束、不确定性和受外界扰动欠驱动无人艇的镇定控制和轨迹跟踪控制为研究重点,通过基于级联系统理论、滑模降维动力学运动学一体化控制策略、在运动学回路和动力学回路中引入附加控制器的控制策略,逐步开展了研究,旨在实现欠驱动无人艇在状态约束下的运动稳定性和轨迹可控性。针对非对角结构（即惯性矩阵和阻尼矩阵为非对角形式）的无人艇,首先基于牛顿欧拉法,建立了运动学和动力学数学模型,模型中包含了必要的模型摄动和外界扰动等因素。由于非对角惯性矩阵和阻尼矩阵使系统状态之间耦合严重,使得该欠驱动系统的非线性特性更加凸显。针对非线性系统难以用传统线性可控制性理论分析其可控性的难点,本课题采用了小时间局部可控、微分几何相关理论,证明了此类具备强非线性特征的欠驱动无人水面艇是小时间局部可控的,为后续开展具有状态约束的无人艇镇定控制和轨迹跟踪控制提供了理论基础。针对欠驱动无人艇镇定控制中存在的状态约束问题,分析了基于传统反步法和Lyapunov直接法的局限性,提出了基于反步法的鲁棒控制律,开展了受状态约束的欠驱动无人艇鲁棒镇定控制问题研究。通过全局微分同胚变换和输入变换,将复杂的非对角形式的模型变换为两个级联形式的子系统,并证明了该级联系统的稳定性等价于原系统的稳定性。该级联系统的稳定性等价于包含控制输入的子系统的稳定性,简化了控制器设计和稳定性分析。继而提出干扰观测器对未知扰动进行在线估计。基于扰动估计结果,采用了 Barrier-Lyapunov函数和反步法相结合的控制律,优化暂态响应性能。为了避免反步法理论对虚拟控制输入引起的维数和次数爆炸,通过动态面理论获得虚拟变量的一阶导数估计值。对比仿真试验证明了本课题所提的基于级联理论和反步法的镇定控制律的有效性,解决了欠驱动无人艇的鲁棒镇定控制问题。为实现无人艇在欠驱动状态下的轨迹跟踪控制,从系统欠驱动轴和驱动轴的解耦特性出发,提出了具有鲁棒性的广义动力学逆和滑模的控制方法,无需分析欠驱动系统中各个状态之间的耦合关系即可实现跟踪控制目的。通过引入滑模面,将系统动力学方程和运动学方程化为一个整体,降低了系统维数。通过广义逆理论,将控制器构造为特解和辅助解两部分,特解部分能够保证欠驱动轴的稳定性,辅助解不会影响欠驱动轴的稳定性。为确保闭环系统稳定性,通过引入具有非奇异特性的扰动零向量矩阵,构造出能使驱动轴稳定的辅助解部分。该方法不需要将模型预处理化为链式形式或适合用反步法的形式,也不需要详细分析各个状态之间的耦合关系,从而能够扩展到更多的非完整系统。为后续解决一类欠驱动系统控制问题提供了可行的方法。针对无人艇轨迹跟踪控制中的欠驱动特性和鲁棒性问题,提出了自适应神经网络观测器,同时实现了对不确定性和系统状态的准确估计,该观测器的设计与控制器是独立的,状态和不确定性的估计结果不依赖于系统跟踪误差;在上述观测器的基础上,将轨迹跟踪控制器分为运动学回路和动力学回路两部分,提出了两种控制策略。第一种控制策略,在运动学控制律中引入附加控制量,在运动学控制器设计阶段解决欠驱动问题,将滑模控制用于动力学回路控制器设计,实现了镇定误差的有限时间收敛。第二种控制策略,在运动学控制器设计阶段,引入Barrier-Lyapunov函数处理跟踪误差的约束问题,在动力学控制器设计阶段引入附加控制量,解决了欠驱动问题。这两种控制策略都能够实现欠驱动无人艇的轨迹跟踪控制,第一种控制策略在动力学回路中不包含欠驱动信息,可以通过现有全驱动控制方法进行控制。第二种控制策略保证了运动学回路的完备信息,便于处理状态约束问题。
丁戍辰[2]（2020）在《欠驱动绳索桁架式机械臂的模糊控制方法研究》文中研究指明欠驱动机器人的驱动源数目少于自由度数目,因而具有结构紧凑、质量轻、能耗低、可靠性高、环境适应能力强等方面的优点,在深空探测、深海探测、交通运输、仿生机器人等领域获得了广泛应用。一种基于绳索驱动平行四边形桁架机构的新型欠驱动机械臂在这种背景下应运而生,称为欠驱动绳索桁架式机械臂,新颖且巧妙的桁架机构的设计使其具有可折叠、可扩展、具有形状自适应包络抓取能力等优点,非常适合作为大型空间展开臂用于深空探测,有非常广阔的应用前景。欠驱动绳索桁架式机械臂是一种新型机械臂,其模型复杂且非线性程度高,使用常规控制方法进行控制器设计非常困难,而模糊控制理论发展至今已形成较为完善的理论体系,且具有不依赖精确被控对象数学模型,具有抗干扰能力等优点,非常适用于该机械臂的控制问题。因此,本文将以模糊控制理论为核心研究适用于该机械臂于各种场景下的控制方法,从控制的角度研究其动力学机理,并为实际的欠驱动绳索桁架式机械臂物理样机搭建半实物仿真平台,在半实物仿真实验中验证机械臂动力学行为以及控制方法的有效性。本文的具体研究将包含如下方面:首先,采用拉格朗日方程结合复数矢量法对欠驱动绳索桁架式机械臂进行动力学建模。由于模型复杂程度高,基于机械臂的运行机理对模型进行了等效处理,并使用复数矢量法将二维平面的矢量运算转换为复数运算,从而使建模过程的运算更为简洁。建模过程考虑到了一些非理想条件,包括认为组成机械臂关节的杆件是非均质杆,各关节尺寸可变,重力场方向为任意,机械臂关节存在摩擦和弹性等。其次,针对欠驱动绳索桁架式机械臂倒立姿态的镇定控制问题研究模糊控制方法。倒立姿态的欠驱动绳索桁架式机械臂受重力影响,其动力学模型结构复杂,含有大量非线性项,并且存在模型不确定性以及外界干扰等,而模糊控制具有不依赖被控对象精确模型的优点,能够解决以上问题并实现镇定控制。设计了Mamdani型模糊控制器和Type-2模糊控制器,前者相比线性控制器有更大的收敛域,后者将隶属度函数扩充为三维可以囊括不确定信息。仿真对比验证Type-2模糊控制在系统存在建模不确定性时有更好的控制效果。然后,研究了水平面运行的欠驱动绳索桁架式机械臂的轨迹跟踪控制方法。水平面运行的这种姿态可以认为不受重力场的影响,其大范围的运动更明显的暴露出动力学模型中的非线性和非满秩等问题。提出伪逆法解决控制力矩阵不满秩的问题,进而采用反馈线性化方法将受控子系统转化为线性系统,结合LQR方法设计控制器,用以实现水平面欠驱动绳索桁架式机械臂轨迹跟踪控制;因伪逆法使部分系统信息丢失,提出采用坐标变换方法将控制力矩阵处理成能够使用部分反馈线性化方法的形式,然后同样针对线性化后的系统设计控制器;由于前两种方法必须基于被控对象非常精确的数学模型,受外界扰动影响较大,提出结合模糊控制方法设计控制器。数值仿真验证了上述三种方法在欠驱动绳索桁架式机械臂张开和收拢过程对期望轨迹跟踪控制的效果,并且对比验证了三种控制策略在系统存在外界干扰时的控制效果,证明模糊控制器的优越性。最后,由于数字仿真中没有和实际的机械臂进行关联,本文搭建了基于MATLAB Simulink Desktop Realtime的半实物仿真平台,用以验证控制器对实际被控对象的控制效果。基于此半实物仿真平台,提出针对实际欠驱动绳索桁架式机械臂的绳索预紧力控制方案,用以保护机械臂运行过程绳索保持绷紧,以免绳索滑落损坏器件;基于第四章提出的轨迹跟踪模糊控制方法改进设计了针对实际欠驱动绳索桁架式机械臂关节角轨迹跟踪控制的模糊控制器,并通过半实物仿真实验验证所设计的模糊控制方法在机械臂收拢和张开过程对期望位置信号的跟踪能力,并且控制器具有一定的抗干扰能力,证明所设计的模糊控制器的正确性和有效性。
叶林奇[3]（2019）在《具有非最小相位特性的新型飞行器控制方法研究》文中认为近年来,随着航空航天科技的发展,新型飞行器的研究正成为一股热潮。其中,高超声速飞行器、可重复使用运载器和垂直起降飞行器由于具有重要的军事和民用价值,受到世界各国的广泛关注。研究表明,以上三种新型飞行器均可能表现出非最小相位特性,模型中的不稳定零动态阻碍了传统控制方法的使用,是设计飞行控制系统时最具挑战性的难点问题。本文围绕这一课题,以保障飞行安全为目的,通过发展非最小相位系统控制新理论新方法,解决具有非最小相位特性的新型飞行器稳定控制和精确跟踪控制问题。本文的主要工作包括:（1）针对高超声速飞行器,提出基于扩展回路反步的稳定控制方法。在对模型结构分析的基础上,指出了通过反步法设计稳定控制器的原则,即采用扩展回路反步。通过对控制回路进行扩展使内部状态包含在内,使得实现输出跟踪的同时也能保证内部状态稳定,在此基础上设计了自适应反步控制器。该方法具有较好的跟踪精度和较强的鲁棒性,为弱非最小相位系统的稳定控制提供了新思路。（2）针对高超声速飞行器,提出基于输出重定义-动态逆的稳定控制方法。首先通过输出重定义得到稳定的零动态,提出三种最小相位新输出设计方法,包括内部状态作为输出、静态合成输出以及带有积分的合成输出,然后对新输出采用动态逆得到稳定的控制器。该方法可以在鲁棒性和控制性能之间取得较好的平衡,为一般非最小相位系统的稳定控制提供了系统性的方法。（3）针对欠驱动可重复使用运载器,提出基于最优有界逆的精确跟踪控制方法。首先通过输出重定义得到稳定的零动态,然后通过最优有界逆得到精确跟踪所需的理想内动态,最后通过反步法为对新输出设计跟踪控制器,并通过反馈误差限幅防止输入饱和,成功实现了欠驱动可重复使用运载器的精确跟踪控制。（4）针对带有不确定参数的垂直起降飞行器,提出基于经验回放的精确跟踪控制方法。首先采用经验回放技术对模型中的不确定参数进行辨识,然后根据辨识的参数利用最优有界逆方法求解理想内动态,并嵌入跟踪控制器中以实现精确跟踪。该方法有效解决了不确定非最小相位系统的精确跟踪控制问题。（5）针对最小相位系统和非最小相位系统,提出通用跟踪控制器的概念并应用于高超声速飞行器。通用跟踪控制器是PID控制在状态空间模型上的扩展,揭示了PID控制与其他控制方法之间的联系,为PID控制提供了新的理解,并且体现了非最小相位系统的性能限制。
聂君[4]（2019）在《欠驱动水面船路径跟踪鲁棒控制研究》文中研究指明随着社会经济的发展以及海洋资源的不断开发利用,船舶的控制技术得到了大力的发展,在船舶众多关键技术领域内,欠驱动水面船的路径跟踪控制已经成为船舶运动控制的一个研究热点。欠驱动水面船路径跟踪控制系统具有欠驱动特性、强非线性、易受模型参数变化以及外界环境干扰影响等特点,对其提高路径跟踪精度以及抗干扰能力具有一定的难度,因此,对该控制系统的难点问题开展研究,有助于提高路径跟踪作业的精度,具有重要的实际应用价值。本课题以欠驱动水面船为研究对象,将模型不确定、未知外界环境干扰、时变侧滑、时变海流、执行器输入受限、跟踪误差受限、速度测量值未知的情况考虑到路径跟踪控制中,研究了欠驱动水面船在上述条件下的路径跟踪鲁棒控制问题。本文的主要研究内容以及具体研究工作总结如下:1、针对模型不确定、未知外界环境干扰、时变侧滑以及时变海流条件下的欠驱动水面船路径跟踪控制问题,提出了基于改进视线（Line of Sight,LOS）导引律的自适应模糊路径跟踪控制方法。首先,考虑时变的侧滑角对欠驱动水面船路径跟踪控制的影响,提出了改进自适应LOS（Improved Adaptive LOS,IALOS）导引律,实现了对时变侧滑角的补偿,提高了路径跟踪精度;其次,通过反步法设计自适应模糊路径跟踪控制器,将跟踪微分器引入到控制器中,用于获取虚拟控制律的微分项,避免了控制律的计算复杂性,采用模糊系统和自适应技术对模型不确定项和未知外界环境干扰进行逼近,实现了欠驱动水面船在时变侧滑情况下的鲁棒路径跟踪控制;再次,进一步考虑海流对欠驱动水面船路径跟踪控制的影响,提出了改进自适应积分LOS（Improved Adaptive Integral LOS,IAILOS）导引律,能够同时克服时变海流和时变侧滑角对路径跟踪精度的影响,进而提高了欠驱动水面船的路径跟踪精度;然后,基于动力学估计器设计了自适应模糊路径跟踪控制器,采用估计器的估计误差代替跟踪误差用于更新模糊参数,通过调整估计器设计参数可以使估计误差收敛更快,避免模糊参数的更新依赖于较大初始跟踪误差的限制,改善了模糊系统的暂态性能,根据李雅普诺夫稳定性理论证明了欠驱动水面船路径跟踪误差均能收敛于零附近任意小的邻域内;最后,仿真结果验证了所提欠驱动水面船路径跟踪自适应模糊控制方法的有效性。2、针对模型不确定、未知外界环境干扰、时变侧滑、执行器输入受限以及跟踪误差受限条件下的欠驱动水面船路径跟踪控制问题,提出了路径跟踪抗饱和鲁棒控制方法。首先,考虑跟踪误差受限问题,通过障碍李雅普诺夫函数（Barrier Lyapunov Function,BLF）设计 了误差受限侧滑补偿 LOS（Error Constraint Sideslip compensation-LOS,ECS-LOS）导引律,采用侧滑估计器补偿时变侧滑角,并且跟踪误差不会超出受限范围,欠驱动水面船的路径跟踪精度得以提高;其次,通过反步法设计了路径跟踪鲁棒控制器,并且采用干扰观测器对系统中的未知合成干扰进行观测,为避免执行器发生饱和现象,将饱和补偿器引入到所设计的鲁棒控制器中,实现了欠驱动水面船在时变侧滑、执行器输入受限以及跟踪误差受限条件下的路径跟踪鲁棒控制,李雅普诺夫稳定性理论证明了欠驱动水面船跟踪误差可以收敛于零附近任意小的邻域内;再次,为进一步提高路径跟踪性能并缩短路径跟踪时间,基于正切类障碍李雅普诺夫函数设计了有限时间LOS导引律,采用有限时间侧滑估计器估计导引律中的时变侧滑角,实现了侧滑角的快速精确补偿;然后,利用反步法设计了有限时间路径跟踪鲁棒控制器,系统中的未知合成干扰采用有限时间干扰观测器进行观测,为避免控制律的计算复杂性以及满足有限时间收敛的要求,设计有限时间跟踪微分器处理虚拟控制律的微分项,并且针对船舶执行器的物理限制以及满足有限时间收敛的要求,设计有限时间饱和补偿器嵌入到有限时间路径跟踪鲁棒控制器中,根据李雅普诺夫稳定性理论和有限时间理论证明了欠驱动水面船路径跟踪误差均能在有限时间内收敛于零附近任意小的邻域内;最后,仿真结果验证了所提欠驱动水面船执行器输入受限以及跟踪误差受限的路径跟踪抗饱和鲁棒控制方法的有效性。3、针对模型不确定、未知外界环境干扰、执行器输入受限、速度测量值未知条件下的欠驱动水面船路径跟踪控制问题,提出了路径跟踪抗饱和输出反馈控制方法。首先,设计三阶扩张状态观测器同时观测出欠驱动水面船的速度以及由模型不确定项和未知外界环境干扰构成的未知合成干扰;其次,设计基于速度观测值的LOS导引律和路径跟踪抗饱和输出反馈控制器,实现了欠驱动水面船在执行器输入饱和以及速度测量值未知条件下的路径跟踪鲁棒控制;再次,为进一步提高复杂干扰环境下的路径跟踪控制性能,设计有限时间扩张状态观测器,能在有限时间内同时获得欠驱动水面船的速度观测信息以及系统的合成干扰观测信息,通过齐次理论证明了有限时间扩张状态观测器的观测误差能在有限时间内收敛于零;然后,设计基于速度观测值的有限时间LOS导引律以及有限时间路径跟踪抗饱和输出反馈控制器,通过李雅普诺夫稳定性理论和有限时间理论证明了欠驱动水面船路径跟踪误差能在有限时间内收敛于零附近任意小的邻域内;最后,仿真结果验证了所提欠驱动水面船路径跟踪抗饱和输出反馈控制方法的有效性。
包晗秋[5]（2019）在《欠驱动桥式吊车智能防摇控制策略的研究》文中提出欠驱动机械系统（Underactuated mechanical system）是一类驱动器数量比自由度数量少的机械系统。与完全驱动机械系统相比,由于驱动器数目减少,能够让欠驱动机械系统具有重量轻、能耗低、运动灵活等优点,因此广泛应用于国民经济生产的各个领域,具有重要的应用地位。然而,由于驱动器的缺少,也使系统的状态量被约束在运动空间中某个不确定的位形上,从而极大的增加了欠驱动系统控制设计的难度。近二十年来,欠驱动机械系统的控制问题一直是工程控制领域中一个极具挑战性的课题。桥式吊车（Bridge crane）作为一类典型的欠驱动系统,具有非线性、强耦合等特点,因其载重能力大、操作简易灵活、耗能低且显着等,己经被广泛应用到工业生产、港口运输等多个领域。然而欠驱动吊车系统受到外界的干扰影响较大,容易产生摆动,影响系统稳定性,从而影响生产效率或者经济效率,因此需要对其控制系统进行研究,设计合理的防摇控制算法和策略。近年来,模型预测控制（Model predictive control:MPC）被人们在工业应用中所推广。模型预测控制是在控制系统模型基础上产生的控制算法,能够根据系统的历史信息和未来输入,对未来输出进行预测;并且只要是具有预测功能的信息集合,都可以转化为相应的预测模型。与传统的最优控制方法不同,预测控制采用实时在线反复优化,能够有效的应对模型失配、时变与干扰等引起的不确定性,及时进行干扰补偿。因此对于吊车系统,采用预测控制能够起到很好的控制效果。本文对预测控制进行了深入的研究。由于PID控制算法具有不需要精确的数学模型的优势,因此只需调节出较好的PID参数即可获得较好得控制效果。然而双闭环PID控制缺陷也较为明显,在存在大量干扰和参数变动的情况下,控制效果很差甚至失效,容易引发安全事故。本文采用了预测控制取代了传统的双闭环PID控制,针对2自由度固定绳长吊车系统研究其控制策略。通过同胚坐标变换（Homeomorphic coordinate transformation）方法,将系统的非线性特性等效变换为系统的等价输入干扰（Equivalent input disturbance:EID）,吊车系统因此而被等效为线性系统,从而降低了系统设计的难度;综合考虑实际系统存在的不可测恒值干扰、建模误差和外部环境对系统性能的影响,设计了无静差预测控制策略,实现了吊车运行的全局稳定控制。仿真和实验结果表明,本文设计的智能桥式吊车控制策略能够有效实现吊车的高精度定位和负载防摆,提高了吊车运动的稳定性和安全性。通过在MATLAB Simulink仿真平台下进行实验,验证了本文提出的控制器的优越性。通过搭建实验平台,以实验结果验证了预测控制算法的正确性与可行性。
侯传晶[6]（2018）在《含执行器故障的不确定非线性系统的自适应容错控制》文中指出执行器是工业过程控制中必要的组成部分,在长期运行过程中极有可能发生故障。执行器本身也存在输入输出非线性,若忽略这些固有特性,会降低系统性能。各种不确定性在控制系统中普遍存在,如果不充分考虑这些不确定性,轻则降低系统精度重则引起系统不稳定。本文基于控制工程中存在的执行器故障、执行器非线性和系统不确定性问题,结合自适应控制理论、Backstepping算法、模糊控制方法,研究几类非线性系统的自适应容错控制方案。（1）针对含未知执行器故障、未知参数和未知函数的一类不确定性非线性系统,提出了一种高增益自适应K-filters和基于Backstepping方法的自适应控制器算法;给出了具体的观测器参数切换准则和自适应容错控制器参数的设计方法。所提出的控制器方案,保证了所有闭环系统信号有界和满意的跟踪误差。针对系统控制增益方向未知的情形,提出了一种高增益自适应的K-filters和一种基于Nussbaum型增益和Backstepping方法的控制器算法。所提出的自适应容错控制器方案,保证了闭环系统信号有界和满意的跟踪误差。仿真结果验证了所提方案的有效性。（2）针对含执行器滞环的一类不确定性非线性系统,通过Bouc-wen模型对滞环非线性进行处理,分别提出基于Backstepping方法的自适应容错状态反馈/输出反馈控制方案。针对系统中不同性质不确定项,提出相应的自适应高增益函数来抵消其对系统性能的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性。（3）针对含执行器死区的一类不确定性非线性系统,首先建立系统的新数学模型,使系统中不显含执行器故障和死区非线性信息;基于新模型提出一种新型的模糊自适应K-filters,并构造系统的模糊状态观测器;将执行器死区非线性分解成有用信息和类干扰项;针对系统中不同性质的干扰,采用不同的自适应高增益函数来抵消它们对系统的影响。所提出的自适应容错控制方案和参数更新策略,保证了系统所有闭环系统信号的有界和满意的跟踪误差。（4）针对含执行器滞环非线性的一类不确定性非线性系统,通过Backlash-like模型对滞环非线性进行处理,首先建立系统的新数学模型,使系统中不显含执行器故障和滞环信息;基于新模型利用模糊逻辑系统的逼近能力提出一种新型的模糊自适应K-filters,并构造系统的模糊状态观测器;将执行器滞环非线性分解成有用信息和类干扰项;针对系统中不同性质的干扰,提出不同的自适应高增益函数来抵消它们对系统性能的影响。所提出的自适应容错控制方案,保证了闭环系统信号有界和满意的跟踪误差。
李林[7]（2018）在《LCTL型有源电力滤波器的电网同步与控制策略研究》文中研究说明随着我国工业现代化的不断进步,现代电力系统获得了长足的发展,人们对电力系统各个环节的电能质量要求也在不断提高。在诸多电能质量问题中,由输配电过程和用电终端的大量非线性负载引起的谐波污染影响电网安全稳定运行,给正常生产生活带来极大危害。因此,改善电能质量、抑制电网谐波污染,已成为电力行业必须重视且亟待解决的重要课题之一。有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）是目前重要的一种电能质量综合治理手段,其具有动态响应速度快、稳态补偿精度高、补偿方式灵活等优点。本文围绕LCTL型并联有源电力滤波器的若干关键技术问题进行了深入探讨和研究。本文基于分析力学原理,通过研究电力电子系统和力学系统的类比关系,对基于Lagrange方程的APF系统分析力学建模方法进行分析总结;在此基础上,对APF系统的能控性和能观性、欠驱动特性、无源性和耗散性等内在特性进行了深入的揭示,为非线性控制策略在APF上的应用及控制器设计打下理论基础。在以上理论分析的基础上,针对APF系统的“强耦合、非线性、欠驱动”特性,分别从电流和功率的角度对APF系统进行部分反馈线性化控制设计,实现了APF有功电流和无功电流的解耦控制,结合空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术,实现了电网谐波电流的精确补偿;同时,在电流内环控制中引入具有高稳态精度的重复控制方法,提出一种对电网频率波动具有较强适应性的电流前馈复合重复控制方法,有效解决了“重复控制内模易受电网频率波动影响的问题”。传统的PI控制环节不利于保证受控对象的动态性能和稳定性,针对此问题,将自抗扰控制（ADRC）引入电压环控制,给出了APF直流侧电压自抗扰控制器的整体设计方法,使得直流侧电压抗网侧及负载侧扰动能力、系统响应速度和控制精度都得到有效提高。作为电网谐波治理装置,APF对并网开关频率谐波滤波器的要求比一般电力设备更为严格,以避免电网的二次谐波污染。因此,在对传统LCL滤波器及其改进拓扑的优缺点进行分析总结的基础上,本文提出一种LCTL滤波器及系统参数设计方法。与LCL和LLCL滤波器相比,由于陷波支路的存在,LCTL滤波器可以有效滤除开关频率谐波;在高频段,LCTL滤波器可以保持较高衰减率;同时,陷波支路的引入也降低了系统成本。针对以往无源阻尼参数选取范围大、选取依据模糊的问题,给出了LCTL滤波器无源阻尼参数的精确选取方法和依据,以及无源阻尼LCTL滤波器的参数设计方法和步骤。本文给出了一个完整的应用于APF的LCTL型开关频率滤波器设计方案。为提高APF系统谐波检测速度和非线性策略的控制效果,对电网频率、相位等信息的准确快速提取是必要的,高效稳定的电网电压同步方法是三相变流器高质量运行的重要因素。本文针对“三相不平衡、谐波畸变、直流扰动、电压骤降和频率突变”等复杂电网工况下的“电网电压同步检测”,提出了一种“基于复数解耦和自适应滤波器的电网电压同步检测方法”。其中,复数解耦可以快速分离电网电压正序和负序分量,并对电网高频谐波有一定的抑制作用,自适应滤波器（AF）有效的实现了电网正负序分量的二次分离,同时对直流分量有着很好的衰减作用。利用AF设计锁频环节,与复数滤波器形成频率反馈闭环,实现了系统的“频率自适应控制”,有效减小了传统电网同步方法存在的频率误差累积问题。本文针对APF系统在理论分析和工程应用中面临的“高精度非线性控制策略的应用、直流侧电压抗扰动能力的提高、开关频率谐波滤波器的设计、高效稳定的电网电压同步策略”等关键技术问题,基于欠驱动系统的建模与非线性控制理论,给出了一类APF系统的理论分析和具体的解决方案,其对于APF谐波补偿性能的提高和实际工业应用具有一定的参考价值。
刘传德[8]（2016）在《TORA系统周期性轨迹稳定控制策略研究》文中指出欠驱动系统是指独立控制输入量少于系统自由度的一类非线性系统,广泛存在于交通运输、机器人、航空航天器等复杂系统领域;欠驱动系统由于控制输入的缺失使得其控制问题成为控制领域富有挑战性的研究热点之一。具有旋转激励的平移振荡（TORA）器是由欠驱动的平移小车及安装在其上的驱动旋转小球组成,是典型的欠驱动基准系统。针对TORA系统,传统的控制目标主要集中在平衡点镇定,本文研究其周期性轨迹的跟踪控制,主要研究内容包括:首先,基于拉格朗日方程建立了斜面TORA系统的动力学模型,分析了系统动力学特征;设计了两种典型的周期性轨迹,包括同时实现平移小车和旋转小球周期性振荡的周期性轨迹,以及平移小车周期性运动、旋转小球保持定值的周期性轨迹。其次,采用虚约束技术,给出了同时实现平移小车和旋转小球周期性振荡的周期性轨迹设计,构造了平移小车与旋转小球间的虚约束方程,设计了控制李雅普诺夫函数,基于李雅普诺夫稳定第二定理得出了系统控制器,实现了目标周期性轨迹的跟踪控制;通过数字仿真证明了所设计的基于虚约束控制方法的有效性。再次,对比虚约束控制方法,针对平移小车的周期性运动,给出一种基于系统能量的控制设计方案。该方案基于系统总能量守恒的思想,将系统总能量考虑到控制李雅普诺夫函数中得到系统控制器,实现了目标周期性轨迹的跟踪控制,设计过程简洁;通过与虚约束法的数字仿真实验对比说明了该方案的可行性与优越性。最后,搭建了一个TORA装置平台,对装置平移振荡过程中的摩擦力进行建模辨识;采用前馈补偿的思想对能量法控制策略进行再设计,给出了一种基于摩擦补偿的能量法轨迹跟踪控制方案。数字仿真与实验结果证明了所提控制方案的有效性和实用性。本文针对欠驱动TORA系统进行周期性轨迹跟踪的控制思路及考虑摩擦补偿的控制设计方法,可进一步推广至其它欠驱动系统的设计和实践中。
武宪青[9]（2016）在《桥式吊车系统的部分反馈线性化控制研究》文中研究表明近年来,桥式吊车作为一种货物运输工具,其被广泛的应用于车间、仓库和造船厂等诸多工业场所。此外,桥式吊车作为一种典型的非线性欠驱动系统,其控制量的个数少于系统自由度,给其控制器设计带来了极大的挑战性。因此,桥式吊车的欠驱动特性使得其控制问题不仅具有重要的应用价值,而且具有一定的理论意义。为此,桥式吊车的控制问题受到了众多控制领域研究学者的关注,已经成为了控制领域的一个研究热点。桥式吊车系统的基本任务是将货物从初始点运送至目标位置,并且抑制和消除运送过程中的货物摆动。随着通信、计算机和自动控制技术的快速发展,已有众多学者对桥式吊车进行了大量研究,并将一些方法应用于桥式吊车系统的控制。然而,这些方法还存在着一些问题与不足。为此,本文针对桥式吊车系统的抗摆定位控制问题进行了深入研究。本文研究的主要内容概括如下:1.二维桥式吊车系统的抗摆定位控制。为了提高闭环系统的抗摆控制性能,提出了一种增强阻尼的控制方法。首先,基于一个与负载摆动有关的能量函数引入了一个阻尼信号。随后,构造了一个Lyapunov函数并设计了一种相应的非线性抗摆控制方法。利用Lyapunov方法和La Salle不变性原理证明了闭环系统在平衡点的渐近稳定性。最后给出了实验结果以验证所提方法的可行性和有效性。此外,为了证明所提方法优越的控制性能,论文还给出了所提方法与现有方法的对比测试。2.基于分段分析的桥式吊车控制器设计。为实现台车的精确定位与有效的消除负载摆动,本文通过分段控制分析构造了一个新的Lyapunov函数,并设计了一种非线性控制器。理论分析证明了闭环系统的稳定性。最后,借助仿真与实验测试对本文所提方法的控制性能进行了验证。3.三维桥式吊车系统的轨迹跟踪控制。为了提高吊车系统的灵活性,本文提出了一种增强抗摆的跟踪控制器,其既可用于轨迹跟踪控制,也可用于调节控制。论文将吊车系统转换为由两个子系统组成的一个互联形式,在此基础上设计了一种新型的轨迹跟踪控制器。理论分析证明两个子系统和互联系统均为输入-状态稳定的,并且闭环系统在平衡点是渐近稳定的。最后,论文对该方法的轨迹跟踪控制和调节控制效果进行了大量的实验测试。4.三维桥式吊车系统的调节控制。为提高吊车系统的运送效率和保证系统的安全性,本文基于能量整形的方法,设计了一种性能良好的调节控制器。首先,通过求解偏微分方程,得到了一个合适的能量函数,进而提出了一种调节控制器。随后,借助Lyapunov方法和La Salle不变性原理分析了闭环系统的稳定性。最后,为证明该控制策略的实际控制性能,论文提供了详细的仿真与实验测试结果。
杨洁[10]（2015）在《高阶滑模控制理论及其在欠驱动系统中的应用研究》文中进行了进一步梳理在对抗系统不确定性的鲁棒控制方法中,传统滑模控制以其显着优点（如对匹配不确定性的不变性,控制器实现简单等）而得到了广泛应用,但滑模控制方法仍存在抖振问题和相对阶的限制等不足之处。高阶滑模控制方法的提出,不仅保留了传统滑模控制的优点,还可以解决其存在的问题。当系统关于滑模面相对阶为1时,采用高阶滑模中的二阶滑模控制方法,可以使控制输入连续,避免了高增益切换的发生,因而能使抖振现象得以抑制。当系统关于滑模面相对阶大于1时,高阶滑模控制方法能够打破传统滑模控制对相对阶的限制而直接应用。但高阶滑模控制方法也同样存在不足之处,如要求系统不确定性的上界事先已知、参数选择困难、收敛时间难以估计、二阶滑模控制方法对相对阶的限制等。根据以上不足之处,本文研究并解决了高阶滑模控制中二阶滑模控制方法应用中遇到的重要问题,并以存在强非线性、参数不确定性和外界干扰的欠驱动系统为研究对象,探索了高阶滑模控制方法在欠驱动系统中的应用。本文的研究工作和创新点主要包括以下几个方面:（1）针对二阶滑模控制方法对不确定性上界未知的系统不具有鲁棒性的问题,提出了基于自适应的齐次性二阶滑模控制改进方法。通过引入自适应补偿控制器,具有未知上界的不确定性得以完全补偿,并给出了明确的有限时间稳定性证明。将改进后的方法应用于对球杆和TORA系统的稳定性控制中。考虑两种系统的精确模型,引入使得二阶子系统稳定的虚拟控制器。利用改进后的二阶滑模方法实现了实际变量对虚拟控制器的有限时间跟踪,并实现了整个系统的稳定性控制。实验和仿真结果均证明了所提出控制方法的有效性。（2）针对二阶滑模控制方法应用中因系统不确定性的上界未知而导致的控制器参数难以选择的问题,提出了基于参数自适应的二阶滑模螺旋改进算法。通过对螺旋算法的参数设计自适应参数控制器,不仅实现了参数根据系统状态的自动调节,而且同时实现了对具有未知上界不确定性的完全补偿。给出了明确的有限时间稳定性证明。将改进后的方法应用于欠驱动轮式移动机器人系统中,实现了在具有未知上界多种不确定性存在的情况下,轮式移动机器人系统的有限时间轨迹跟踪控制。（3）针对二阶滑模控制方法应用中不确定性的界难以获得、控制器参数难以选择和收敛时间难以估计的问题,提出了新的超螺旋算法。通过对原有算法引入补偿控制器,使得系统不确定性的上界无需提前预知;设计了自适应参数控制器实现了控制器参数的自我调整;利用类二次型Lyapunov函数证明了系统是有限时间稳定的,并给出了收敛时间的表达式,根据此式,调节相关参数便可调整收敛时间。通过与同类超螺旋算法的仿真对比,验证了新算法的优越性。（4）针对二阶滑模控制方法中的超螺旋算法要求系统对滑模面相对阶必须为1的问题,对超螺旋算法进行了扩展。提出了两种可应用于相对阶为2的系统的超螺旋算法:一种是基于类二次型Lyapunov函数的,可以估计收敛时间;一种是基于齐次性理论的。进一步,对第一种方法进行改进,使其完全补偿系统具有未知上界的不确定性和实现参数的自我调整;将第二种方法扩展至任意相对阶系统中,同时提出高阶滑模鲁棒自适应算法,可以对抗具有未知上界的系统不确定性并实现系统有限时间稳定。最后以水面船舶路径跟踪控制为例验证了所提出扩展和改进算法的有效性。
二、球棒系统的建模及反馈控制（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、球棒系统的建模及反馈控制（论文提纲范文）
（1）具有状态约束的欠驱动无人艇运动控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 非完整系统研究现状 |
| 1.2.1 非连续时不变反馈控制律 |
| 1.2.2 连续时变反馈控制律 |
| 1.2.3 混合控制律 |
| 1.3 欠驱动无人艇控制系统研究现状 |
| 1.3.1 欠驱动USV运动控制概述 |
| 1.3.2 欠驱动USV运动控制国内外研究现状 |
| 1.3.3 具有状态约束的USV运动控制研究现状 |
| 1.4 存在的问题 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 第二章 欠驱动无人艇模型建立及欠驱动特性分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 欠驱动无人艇数学模型 |
| 2.2.1 几个基本假设 |
| 2.2.2 坐标系定义 |
| 2.2.3 欠驱动无人艇运动学特性 |
| 2.2.4 欠驱动无人艇动力学特性 |
| 2.3 欠驱动无人艇的能控性分析 |
| 2.3.1 非对角欠驱动无人艇模型坐标变换 |
| 2.3.2 非完整系统能控性分析理论基础 |
| 2.3.3 欠驱动USV能控性分析 |
| 2.4 预备知识 |
| 2.4.1 RBFNN逼近 |
| 2.4.2 Barrier-Lyapunov函数 |
| 2.4.3 常用引理和不等式 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于反步法的欠驱动无人艇的镇定控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 系统模型和问题描述 |
| 3.2.1 状态和输入变换 |
| 3.2.2 级联系统稳定性 |
| 3.3 基于反步法和Lyapunov直接法的镇定控制器设计 |
| 3.4 具有暂态性能约束的控制器设计 |
| 3.4.1 无扰动时镇定控制律设计 |
| 3.4.2 有扰动时的鲁棒自适应镇定控制 |
| 3.5 仿真验证 |
| 3.5.1 常规反步法控制器 |
| 3.5.2 Barrier-Lyapunov函数控制器 |
| 3.5.3 鲁棒自适应控制器 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于广义动力学逆和滑模的欠驱动无人艇轨迹跟踪控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 广义动力学逆和问题描述 |
| 4.2.1 广义动力学逆基础 |
| 4.2.2 动态尺度逆 |
| 4.2.3 扰动零投影矩阵 |
| 4.2.4 问题描述 |
| 4.3 基于广义逆和滑模的轨迹跟踪控制器设计 |
| 4.3.1 控制器设计 |
| 4.3.2 稳定性分析 |
| 4.4 具有状态约束的广义逆和滑模控制器设计 |
| 4.4.1 控制器设计 |
| 4.4.2 稳定性分析 |
| 4.5 仿真验证 |
| 4.5.1 广义逆和滑模控制律仿真结果 |
| 4.5.2 具有约束约束的广义逆和滑模控制律仿真结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于自适应神经网络观测器的欠驱动无人艇跟踪控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 自适应神经网络观测器设计 |
| 5.3.1 观测器设计 |
| 5.3.2 稳定性分析 |
| 5.4 基于附加控制器的输出反馈控制器设计 |
| 5.4.1 问题描述 |
| 5.4.2 控制器设计 |
| 5.4.3 稳定性分析 |
| 5.5 具有状态约束的输出反馈控制器设计 |
| 5.5.1 问题描述 |
| 5.5.2 控制器设计 |
| 5.5.3 稳定性分析 |
| 5.6 仿真验证 |
| 5.6.1 基于附加控制器的输出反馈仿真结果 |
| 5.6.2 具有约束的输出反馈控制器设计 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 全文工作总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.1.1 总结 |
| 6.1.2 本文创新点 |
| 6.2 全文工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 博士研究生期间发表论文情况 |
（2）欠驱动绳索桁架式机械臂的模糊控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题背景及研究意义 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 欠驱动机器人的研究现状 |
| 1.3.2 欠驱动绳索桁架式机械臂研究现状 |
| 1.3.3 欠驱动系统控制方法研究现状 |
| 1.3.4 模糊控制理论研究现状 |
| 1.4 主要研究内容与论文结构 |
| 第2章 欠驱动绳索桁架式机械臂动力学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 欠驱动绳索桁架式机械臂建模理论基础 |
| 2.2.1 欠驱动绳索桁架式机械臂物理结构分析 |
| 2.2.2 虚位移原理和拉格朗日方程 |
| 2.2.3 复数矢量法主要原理 |
| 2.3 动力学建模 |
| 2.3.1 桁架结构物理模型等效 |
| 2.3.2 拉格朗日方程结合复数矢量法建模 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 欠驱动绳索桁架式机械臂镇定问题的模糊控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 欠驱动绳索桁架式机械臂倒立姿态镇定控制问题描述 |
| 3.3 欠驱动绳索桁架式机械臂MAMDANI型模糊控制 |
| 3.3.1 Mamdani型模糊控制器结构 |
| 3.3.2 Mamdani型模糊控制隶属度函数 |
| 3.3.3 Mamdani型模糊控制规则 |
| 3.3.4 Mamdani型模糊控制仿真结果和分析 |
| 3.4 TYPE-2模糊控制器设计和仿真对比 |
| 3.4.1 Type-2模糊控制器结构 |
| 3.4.2 Type-2模糊控制器隶属度函数 |
| 3.4.3 Type-2模糊控制规则 |
| 3.4.4 Type-2模糊控制仿真结果和分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 欠驱动绳索桁架式机械臂轨迹跟踪控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 水平面欠驱动绳索桁架式机械臂动力学模型 |
| 4.3 基于伪逆法的轨迹跟踪控制 |
| 4.3.1 基于伪逆法的控制器设计 |
| 4.3.2 基于伪逆法的控制律数值仿真分析 |
| 4.4 基于部分反馈线性化的轨迹跟踪控制 |
| 4.4.1 基于部分反馈线性化方法的控制律设计 |
| 4.4.2 部分反馈线性化控制器仿真分析 |
| 4.5 基于模糊控制的轨迹跟踪控制 |
| 4.5.1 模糊控制器设计 |
| 4.5.2 模糊控制轨迹跟踪仿真结果 |
| 4.6 三种控制方法抗干扰能力对比 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 欠驱动绳索桁架式机械臂半实物仿真实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 半实物仿真实验平台搭建 |
| 5.2.1 半实物仿真方案选择 |
| 5.2.2 半实物仿真实验平台硬件构成 |
| 5.2.3 硬件选型与能力指标 |
| 5.3 半实物仿真实验控制律 |
| 5.3.1 绳索预紧控制律设计及实验结果 |
| 5.3.2 基于模糊控制的关节角轨迹跟踪控制律设计 |
| 5.3.3 基于模糊控制的关节角轨迹跟踪控制实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）具有非最小相位特性的新型飞行器控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展动态 |
| 1.2.1 非最小相位系统的稳定控制 |
| 1.2.2 非最小相位系统的精确跟踪控制 |
| 1.2.3 非最小相位新型飞行器控制 |
| 1.2.4 当前研究的不足及未来发展动态分析 |
| 1.3 论文的创新点与内容安排 |
| 1.3.1 论文的创新点 |
| 1.3.2 论文的内容安排 |
| 第2章 基于扩展回路反步的高超声速飞行器稳定控制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 高超声速飞行器弹性模型 |
| 2.3 零动态及扩展回路分析 |
| 2.3.1 零动态分析 |
| 2.3.2 扩展回路分析 |
| 2.4 面向控制建模 |
| 2.5 自适应反步控制器设计 |
| 2.5.1 速度环控制器设计 |
| 2.5.2 高度环控制器设计 |
| 2.6 仿真验证 |
| 2.6.1 标称模型仿真 |
| 2.6.2 蒙特卡洛仿真 |
| 2.7 小结 |
| 第3章 基于输出重定义-动态逆的高超声速飞行器稳定控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高超声速飞行器模型及零动态分析 |
| 3.2.1 高超声速飞行器刚体模型 |
| 3.2.2 零动态分析 |
| 3.3 输出重定义-动态逆方法 |
| 3.4 高超声速飞行器控制器设计 |
| 3.4.1 内部状态作为输出 |
| 3.4.2 静态合成输出 |
| 3.4.3 带有积分的合成输出 |
| 3.5 仿真验证 |
| 3.5.1 刚体模型仿真 |
| 3.5.2 弹性模型仿真 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 基于最优有界逆的可重复使用运载器精确跟踪控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 非最小相位系统的精确跟踪控制 |
| 4.3 欠驱动RLV模型 |
| 4.4 零动态分析及输出重定义 |
| 4.4.1 原始输出的零动态分析 |
| 4.4.2 输出重定义下的新零动态 |
| 4.5 基于最优有界逆的IID计算 |
| 4.6 欠驱动RLV控制器设计 |
| 4.6.1 面向控制模型 |
| 4.6.2 抗饱和鲁棒反步控制器设计 |
| 4.7 仿真验证 |
| 4.7.1 阶跃指令跟踪 |
| 4.7.2 时变指令跟踪 |
| 4.8 小结 |
| 第5章 带有不确定参数的垂直起降飞行器精确跟踪控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 不确定非最小相位系统精确跟踪控制 |
| 5.3.1 基于经验回放的参数辨识 |
| 5.3.2 基于最优有界逆的IID计算 |
| 5.3.3 分段IID更新策略 |
| 5.4 带有不确定参数的VTOL精确跟踪控制 |
| 5.4.1 VTOL模型 |
| 5.4.2 零动态分析 |
| 5.4.3 参数辨识 |
| 5.4.4 IID计算 |
| 5.5 仿真验证 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 通用跟踪控制器及其在高超声速飞行器中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 从PID到通用跟踪控制器 |
| 6.2.1 从PID到 PITC |
| 6.2.2 高积分增益的特点 |
| 6.2.3 从PITC到 AFTC |
| 6.2.4 动态平衡的概念 |
| 6.2.5 UTC框架 |
| 6.3 仿真验证 |
| 6.3.1 小车摆的例子 |
| 6.3.2 高超声速飞行器的例子 |
| 6.4 非最小相位系统的UTC设计 |
| 6.5 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 主要研究成果 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（4）欠驱动水面船路径跟踪鲁棒控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 欠驱动船舶运动控制研究现状 |
| 1.3 路径跟踪控制研究现状 |
| 1.4 欠驱动水面船路径跟踪控制的问题和难点 |
| 1.5 本文的主要研究内容与组织结构 |
| 第2章 欠驱动水面船运动数学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 参考坐标系 |
| 2.2.1 北东坐标系 |
| 2.2.2 船体坐标系 |
| 2.3 欠驱动水面船运动数学模型 |
| 2.3.1 欠驱动水面船运动学模型 |
| 2.3.2 欠驱动水面船动力学模型 |
| 2.4 海流影响下的欠驱动水面船运动数学模型 |
| 2.5 欠驱动水面船模型仿真验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 欠驱动水面船路径跟踪自适应模糊控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 预备知识 |
| 3.2.1 LOS导引方法 |
| 3.2.2 Serret-Frenet坐标标架 |
| 3.2.3 模糊系统的概念 |
| 3.3 基于IALOS导引律的欠驱动水面船路径跟踪自适应模糊控制 |
| 3.3.1 IALOS导引律设计 |
| 3.3.2 路径跟踪自适应模糊控制器设计 |
| 3.3.3 系统稳定性分析 |
| 3.3.4 仿真验证与对比分析 |
| 3.4 基于IAILOS导引律的欠驱动水面船路径跟踪自适应模糊控制 |
| 3.4.1 IAILOS导引律设计 |
| 3.4.2 基于估计器的路径跟踪自适应模糊控制器设计 |
| 3.4.3 系统稳定性分析 |
| 3.4.4 仿真验证与对比分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 欠驱动水面船输入受限和跟踪误差受限的路径跟踪抗饱和鲁棒控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 预备知识 |
| 4.2.1 有限时间的概念 |
| 4.2.2 问题描述 |
| 4.3 基于ECS-LOS导引律的欠驱动水面船路径跟踪抗饱和鲁棒控制 |
| 4.3.1 ECS-LOS导引律设计 |
| 4.3.2 路径跟踪抗饱和鲁棒控制器设计 |
| 4.3.3 系统稳定性分析 |
| 4.3.4 仿真验证与对比分析 |
| 4.4 基于有限时间LOS导引律的欠驱动水面船有限时间路径跟踪抗饱和鲁棒控制 |
| 4.4.1 有限时间LOS导引律设计 |
| 4.4.2 有限时间路径跟踪抗饱和鲁棒控制器设计 |
| 4.4.3 系统稳定性分析 |
| 4.4.4 仿真验证与对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 欠驱动水面船路径跟踪抗饱和输出反馈控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 预备知识 |
| 5.2.1 扩张状态观测器的概念 |
| 5.2.2 齐次度 |
| 5.2.3 问题描述 |
| 5.3 基于扩张状态观测器的欠驱动水面船路径跟踪抗饱和输出反馈控制 |
| 5.3.1 扩张状态观测器设计 |
| 5.3.2 基于速度观测值的LOS导引律设计 |
| 5.3.3 路径跟踪抗饱和输出反馈控制器设计 |
| 5.3.4 系统稳定性分析 |
| 5.3.5 仿真验证 |
| 5.4 基于FTESO的欠驱动水面船有限时间路径跟踪抗饱和输出反馈控制 |
| 5.4.1 有限时间扩张状态观测器设计 |
| 5.4.2 基于速度观测值的有限时间LOS导引律设计 |
| 5.4.3 有限时间路径跟踪抗饱和输出反馈控制器设计 |
| 5.4.4 系统稳定性分析 |
| 5.4.5 仿真验证与对比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录 |
（5）欠驱动桥式吊车智能防摇控制策略的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容安排 |
| 第2章 二自由度桥式吊车的结构以及数学模型 |
| 2.1 二自由度桥式吊车介绍 |
| 2.2 二自由度桥式吊车的数学模型 |
| 2.2.1 桥式吊车数学模型建立 |
| 2.2.2 吊车系统传统线性化方法 |
| 2.2.3 基于等价输入干扰的吊车线性化方法 |
| 2.3 二自由度欠驱动吊车系统坐标变换 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于等价输入干扰控制方法的研究 |
| 3.1 控制器设计 |
| 3.2 等价输入干扰预估器设计 |
| 3.3 反馈控制器设计 |
| 3.4 状态观测器设计 |
| 3.5 稳定性分析 |
| 3.6 仿真与分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于等价输入干扰的无静差预测控制策略研究 |
| 4.1 预测控制基本原理 |
| 4.1.1 预测模型 |
| 4.1.2 滚动优化 |
| 4.1.3 反馈校正 |
| 4.2 欠驱动桥式吊车智能控制器设计 |
| 4.2.1 无静差预测控制器设计 |
| 4.2.2 等价干扰预估器设计 |
| 4.2.3 稳定性分析 |
| 4.3 仿真实验分析 |
| 4.3.1 控制器实验与仿真参数 |
| 4.3.2 实验与仿真分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文小结 |
| 5.2 今后的工作与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文 |
（6）含执行器故障的不确定非线性系统的自适应容错控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 容错控制研究现状 |
| 1.3 含执行器非线性的容错控制研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 预备知识 |
| 2.1 自适应反步积分法 |
| 2.2 考虑执行器非线性和故障时的执行器输入输出模型 |
| 2.3 模糊逻辑系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于高增益滤波器的一类非线性系统的自适应容错控制 |
| 3.1 控制增益符号已知的一类非线性系统的自适应容错控制 |
| 3.1.1 问题描述 |
| 3.1.2 自适应容错控制器方案设计 |
| 3.1.3 系统稳定性分析 |
| 3.1.4 仿真分析 |
| 3.1.5 小结 |
| 3.2 控制增益方向未知的一类非线性系统的自适应容错控制 |
| 3.2.1 问题描述 |
| 3.2.2 自适应容错控制器方案设计 |
| 3.2.3 系统稳定性分析 |
| 3.2.4 仿真分析 |
| 3.2.5 小结 |
| 第四章 带有执行器滞环的一类非线性系统的自适应容错控制 |
| 4.1 基于状态反馈的自适应容错控制器设计 |
| 4.1.1 问题描述 |
| 4.1.2 自适应容错控制器方案设计 |
| 4.1.3 系统稳定性分析 |
| 4.1.4 仿真分析 |
| 4.1.5 小结 |
| 4.2 基于输出反馈的自适应容错控制器设计 |
| 4.2.1 问题描述 |
| 4.2.2 自适应容错控制器方案设计 |
| 4.2.3 系统稳定性分析 |
| 4.2.4 仿真实例 |
| 4.2.5 小结 |
| 第五章 基于模糊K-filters的的非线性系统的模糊自适应容错控制 |
| 5.1 带有执行器死区的一类非线性系统的模糊自适应容错控制器设计 |
| 5.1.1 问题描述 |
| 5.1.2 自适应容错控制器方案设计 |
| 5.1.3 系统稳定性分析 |
| 5.1.4 仿真实例 |
| 5.1.5 小结 |
| 5.2 带有执行器滞环的一类非线性系统的模糊自适应容错控制器设计 |
| 5.2.1 问题描述 |
| 5.2.2 自适应容错控制器方案设计 |
| 5.2.3 系统稳定性分析 |
| 5.2.4 仿真实例 |
| 5.2.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位论文期间完成的学术论文目录 |
（7）LCTL型有源电力滤波器的电网同步与控制策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.1.1 电能质量与谐波污染 |
| 1.1.2 谐波抑制措施 |
| 1.2 APF控制技术的研究概况 |
| 1.2.1 APF的控制策略 |
| 1.2.2 电网电压同步检测技术 |
| 1.2.3 APF系统开关频率谐波电流抑制策略 |
| 1.3 非线性系统理论在电力电子系统中的应用 |
| 1.3.1 经典非线性控制理论 |
| 1.3.2 现代非线性控制理论 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 APF系统建模与特性分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电力电子系统的分析力学建模 |
| 2.2.1 电力电子系统与动力学系统的类比关系 |
| 2.2.2 电力电子系统的分析力学建模步骤 |
| 2.3 基于分析力学的APF系统建模 |
| 2.3.1 基于Lagrange方程的APF系统建模 |
| 2.3.2 同步旋转坐标系下的APF系统模型 |
| 2.4 APF系统模型特性分析 |
| 2.4.1 APF系统的能控性和能观性 |
| 2.4.2 APF系统的欠驱动特性 |
| 2.4.3 APF系统的无源性与耗散性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 APF系统开关频率谐波电流的抑制策略 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PWM逆变器输出电流谐波频谱分析 |
| 3.3 开关频率谐波滤波器特性分析 |
| 3.3.1 LCL滤波器及其特性分析 |
| 3.3.2 LCL滤波器的改进拓扑分析 |
| 3.3.3 LCTL滤波器机理分析 |
| 3.4 LCTL滤波器参数设计方法 |
| 3.4.1 LCTL滤波器的无源阻尼方案 |
| 3.4.2 LCTL滤波器参数设计准则 |
| 3.4.3 LCTL滤波器参数设计步骤 |
| 3.5 仿真与实验结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 复杂工况下的电网电压同步检测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于同步旋转坐标系的电网电压同步检测 |
| 4.3 基于复数解耦的电网电压正负序分离方法 |
| 4.4 频率自适应滤波器的设计 |
| 4.4.1 自适应滤波器的算法结构 |
| 4.4.2 自适应滤波器的性能分析 |
| 4.4.3 改进的频率自适应算法 |
| 4.5 仿真与实验结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于欠驱动系统理论的APF系统非线性控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 APF系统电压控制的跟踪动态和零动态 |
| 5.3 基于电流和功率的APF部分反馈线性化方法 |
| 5.3.1 APF的部分反馈线性化 |
| 5.3.2 基于部分反馈线性化的矢量控制 |
| 5.4 直流电压的自抗扰控制策略 |
| 5.4.1 自抗扰控制的设计方法 |
| 5.4.2 APF直流电压的线性自抗扰控制 |
| 5.5 重复控制的性能分析 |
| 5.6 具有频率适应性的改进复合重复控制 |
| 5.6.1 频率适应性原理 |
| 5.6.2 基于电流前馈的复合重复控制 |
| 5.6.3 基于电流前馈的改进重复控制器设计 |
| 5.7 仿真与实验结果 |
| 5.7.1 系统仿真分析 |
| 5.7.2 基于dSPACE的半实物仿真实验 |
| 5.8 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）TORA系统周期性轨迹稳定控制策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究目的与意义 |
| 1.2 国内外研究现状与分析 |
| 1.2.1 欠驱动基准系统研究现状 |
| 1.2.2 TORA系统控制研究现状 |
| 1.3 论文研究内容 |
| 1.4 科研资助情况 |
| 第二章 动力学建模与动态轨迹 |
| 2.1 拉格朗日方程 |
| 2.2 TORA动力学建模 |
| 2.3 TORA动力学特性分析 |
| 2.3.1 动力学特征 |
| 2.3.2 平衡点分析 |
| 2.3.3 能控性分析 |
| 2.3.4 仿真验证 |
| 2.4 动态轨迹 |
| 2.4.1 定义 |
| 2.4.2 周期性轨迹与平衡点关系 |
| 2.4.3 周期性轨迹形式 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于虚约束法的TORA系统周期性轨迹跟踪 |
| 3.1 虚约束概念 |
| 3.1.1 机械机构的虚约束 |
| 3.1.2 控制构造的虚约束 |
| 3.1.3 虚约束一般形式 |
| 3.2 虚约束控制设计 |
| 3.2.1 虚约束的设计 |
| 3.2.2 周期性轨迹设计 |
| 3.2.3 虚约束的镇定控制设计 |
| 3.2.4 周期性轨迹镇定控制设计 |
| 3.3 仿真验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于能量法的TORA系统周期性轨迹跟踪 |
| 4.1 保守系统 |
| 4.1.1 保守系统运动的周期性 |
| 4.1.2 保守系统的能量守恒 |
| 4.2 能量法控制设计 |
| 4.3 稳定性分析 |
| 4.4 仿真验证 |
| 4.4.1 验证性仿真验证 |
| 4.4.2 对比性仿真验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 TORA装置与实验研究 |
| 5.1 实验装置 |
| 5.2 装置系统的摩擦辨识 |
| 5.2.1 参数辨识 |
| 5.2.2 摩擦补偿方式 |
| 5.3 基于摩擦补偿的能量法控制器再设计 |
| 5.4 实验研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的研究成果 |
| 一、发表论文 |
| 二、申请专利 |
| 致谢 |
（9）桥式吊车系统的部分反馈线性化控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 系统建模 |
| 1.2.2 轨迹规划 |
| 1.2.3 基于线性模型的反馈控制 |
| 1.2.4 基于非线性模型的反馈控制 |
| 1.2.5 智能控制 |
| 1.3 研究现状分析 |
| 1.4 本文研究内容简介 |
| 第2章 一种增强阻尼的桥式吊车控制方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 问题描述 |
| 2.3 控制器设计及稳定性分析 |
| 2.3.1 阻尼信号设计 |
| 2.3.2 Lyapunov函数构造和控制器设计 |
| 2.3.3 稳定性分析 |
| 2.4 实验测试及分析 |
| 2.4.1 对比测试 |
| 2.4.2 鲁棒性测试 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 基于分段控制分析的桥式吊车控制器设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述 |
| 3.3 Lyapunov函数构造与控制器设计 |
| 3.3.1 状态 (θ,(?)) 的控制 |
| 3.3.2 状态 ((?),θ,(?)) 的控制 |
| 3.3.3 控制器设计 |
| 3.4 稳定性分析 |
| 3.5 仿真测试验证 |
| 3.5.1 对比测试 |
| 3.5.2 不同距离测试 |
| 3.5.3 鲁棒性测试 |
| 3.6 实验测试及分析 |
| 3.6.1 对比测试 |
| 3.6.2 不同距离测试 |
| 3.7 小结 |
| 第4章 一种增强抗摆的三维桥式吊车控制策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三维桥式吊车的模型分析 |
| 4.3 控制器设计 |
| 4.4 性能分析 |
| 4.5 实验验证及分析 |
| 4.5.1 跟踪控制测试 |
| 4.5.2 调节控制测试 |
| 4.5.3 不确定参数测试 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 基于能量整形的三维桥式吊车调节控制方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 主要结果 |
| 5.3.1 输出函数选取 |
| 5.3.2 能量整形与控制器设计 |
| 5.3.3 稳定性分析 |
| 5.4 仿真验证 |
| 5.4.1 不同距离对比测试 |
| 5.4.2 鲁棒性测试 |
| 5.5 实验测试及分析 |
| 5.5.1 对比测试 |
| 5.5.2 不确定参数测试 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 总结及展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果及发表的论文 |
（10）高阶滑模控制理论及其在欠驱动系统中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究的背景和意义 |
| 1.2 传统及高阶滑模控制定义 |
| 1.2.1 滑模变结构控制定义 |
| 1.2.2 高阶滑模控制定义 |
| 1.3 传统及高阶滑模控制发展概述 |
| 1.3.1 传统滑模控制发展历程 |
| 1.3.2 传统滑模控制存在的问题 |
| 1.3.3 高阶滑模控制发展历程 |
| 1.3.4 高阶滑模控制存在的问题 |
| 1.3.5 自适应滑模/高阶滑模控制研究现状 |
| 1.4 欠驱动系统研究概述 |
| 1.4.1 欠驱动系统的定义与研究对象 |
| 1.4.2 欠驱动系统的控制方法 |
| 1.4.3 高阶滑模控制方法在欠驱动系统中的应用现状 |
| 1.5 本文的主要工作和内容安排 |
| 第二章 滑模控制理论基础知识和欠驱动系统的建模 |
| 2.1 高阶滑模控制理论 |
| 2.1.1 相关稳定性定义和定理 |
| 2.1.2 几种高阶滑模控制方法 |
| 2.2 典型欠驱动系统模型 |
| 2.2.1 球杆系统建模 |
| 2.2.2 TORA系统建模 |
| 2.2.3 轮式移动机器人系统模型 |
| 2.2.4 欠驱动水面船舶系统模型 |
| 2.3 其它相关概念 |
| 2.3.1 终端滑模 |
| 2.3.2 自适应方法 |
| 2.3.3 级联规范型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于自适应的二阶滑模齐次性改进算法及其在球杆和TORA系统中的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 齐次性二阶滑模的改进及稳定性分析 |
| 3.2.1 控制器设计 |
| 3.2.2 稳定性证明 |
| 3.2.3 仿真分析 |
| 3.3 球杆系统中的应用与验证 |
| 3.3.1 球杆系统模型转换 |
| 3.3.2 子系统控制器设计 |
| 3.3.3 二阶滑模控制器设计 |
| 3.3.4 实物实验和仿真分析 |
| 3.4 TORA系统中的应用与验证 |
| 3.4.1 TORA系统模型转换 |
| 3.4.2 子系统控制器设计 |
| 3.4.3 二阶滑模控制器设计 |
| 3.4.4 仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于参数自适应的二阶滑模螺旋改进算法及其在轮式移动机器人中的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 补偿控制器设计与分析 |
| 4.2.1 控制器设计 |
| 4.2.2 稳定性证明 |
| 4.2.3 仿真分析 |
| 4.3 自适应参数控制器设计与分析 |
| 4.3.1 控制器设计 |
| 4.3.2 稳定性证明 |
| 4.4 轮式移动机器人中的应用 |
| 4.4.1 轮式移动机器人模型分析与控制器设计 |
| 4.4.2 仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 改进的超螺旋算法与基于类二次型Lyapunov函数的收敛时间估计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于类二次型Lyapunov函数的稳定性证明及收敛时间估计 |
| 5.3 改进的自适应STA与稳定性证明 |
| 5.4 仿真分析 |
| 5.5 观测器应用和对比分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 扩展的超螺旋算法及其在水面船舶中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 两种扩展的二阶STA |
| 6.2.1 二阶STA（基于类二次型Lyapunov函数） |
| 6.2.2 二阶STA（基于齐次性理论） |
| 6.3 自适应二阶STA（基于类二次型Lyapunov函数） |
| 6.3.1 控制器设计与稳定性证明 |
| 6.3.2 仿真分析 |
| 6.4 基于齐次性理论的高阶STA |
| 6.4.1 控制器设计与稳定性证明 |
| 6.4.2 仿真分析 |
| 6.4.3 鲁棒有限时间高阶滑模控制器设计 |
| 6.5 欠驱动水面船舶中的应用与验证 |
| 6.5.1 水面船舶模型分析 |
| 6.5.2 控制器设计（基于类二次型Lyapunov函数） |
| 6.5.3 仿真分析（基于类二次型Lyapunov函数） |
| 6.5.4 控制器设计（基于齐次性理论） |
| 6.5.5 仿真分析（基于齐次性理论） |
| 6.5.6 控制器设计（二阶自适应STA） |
| 6.5.7 仿真分析（二阶自适应STA） |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、球棒系统的建模及反馈控制（论文参考文献）
- [1]具有状态约束的欠驱动无人艇运动控制研究[D]. 胡芳芳. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [2]欠驱动绳索桁架式机械臂的模糊控制方法研究[D]. 丁戍辰. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [3]具有非最小相位特性的新型飞行器控制方法研究[D]. 叶林奇. 天津大学, 2019(06)
- [4]欠驱动水面船路径跟踪鲁棒控制研究[D]. 聂君. 哈尔滨工程大学, 2019(04)
- [5]欠驱动桥式吊车智能防摇控制策略的研究[D]. 包晗秋. 上海应用技术大学, 2019(02)
- [6]含执行器故障的不确定非线性系统的自适应容错控制[D]. 侯传晶. 上海交通大学, 2018(01)
- [7]LCTL型有源电力滤波器的电网同步与控制策略研究[D]. 李林. 哈尔滨工业大学, 2018(01)
- [8]TORA系统周期性轨迹稳定控制策略研究[D]. 刘传德. 东南大学, 2016(04)
- [9]桥式吊车系统的部分反馈线性化控制研究[D]. 武宪青. 浙江工业大学, 2016(06)
- [10]高阶滑模控制理论及其在欠驱动系统中的应用研究[D]. 杨洁. 北京理工大学, 2015(07)