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面向未知连续非线性系统的间接自适应模糊规划最优控制方法

张海运1,2,孟德远2,王进1,陆国栋1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第2期页码 141-286 doi: 10.1631/FITEE.1900610

摘要：针对动力学未知、不匹配和扰动条件下的连续非线性系统，提出一种新的间接自适应模糊规划最优控制方案。首先，建立非线性系统汉密尔顿-雅各比-贝尔曼（HJB）方程及其匹配的性能函数。与现有自适应动态规划（ADP）方法不同，在执行器-评判器架构下，所提方案采用特殊的非二次变量性能函数作为强化媒介。构造一个自适应模糊规划的评判器结构来配置性能函数的权重矩阵，以逼近和平衡非线性HJB方程。同时，设计一种并行的自组织学习技术用于自适应更新该评判器的权重。在此基础上，提出一种自适应最优反馈控制器与一个新形式的增广黎卡提方程作为执行器，实时优化模糊规划后的性能函数。通过设计上述执行器-评判器架构获得一种在线间接自适应最优控制机制，可同时实现最优成本函数和最优控制策略的连续实时自适应调整。该方法的控制收敛性和闭环稳定性得到证明和保证。

关键词：间接自适应最优控制；汉密尔顿-雅各比-贝尔曼方程；模糊规划评判器；自适应最优控制执行器；执行器-评判器架构；未知非线性系统

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连续非线性最优控制问题的勒让德—伽辽金逼近方法 Article

Xue-song CHEN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第10期页码 1479-1487 doi: 10.1631/FITEE.1601101

摘要：使用逼近方法获得一类连续非线性最优控制问题的近似最优解。该方法基于伽辽金逼近理论（Galerkin approximation）求解广义哈密尔顿—雅可比—贝尔曼（Hamilton-Jacobi-Bellman, GHJB）方程。勒让德—伽辽金逼近方法（GALP）尚未被用于求解连续非线性最优控制问题。由于勒让德多项式（Legendre polynomials）具有正交性，在计算函数内积时，该方法可以明显减少积分计算量。数值算例表明，按此方法获得的控制律，能够收敛到连续非线性控制系统的最优控制。

关键词：广义哈密尔顿—雅可比—贝尔曼方程；非线性最优控制；伽辽金逼近（Galerkin approximation）；勒让德多项式（Legendre polynomials）

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非线性系统的自适应可拓控制器设计

翁庆昌,陈珍源

《中国工程科学》 2001年第3卷第7期页码 54-58

摘要：

探讨可拓控制器的设计方法,利用自适应控制的设计策略来修正可拓控制器的增益参数,以近似获得所期望的最佳控制。所提出的控制器结构仅需调整单一参数,故易于实现。另外,引入最大值控制以保证所设计的可拓控制系统的稳定性，并将该控制器应用在非线性系统的控制上,以验证它的有效性及控制能力。

关键词：可拓理论自适应控制可拓控制器鲁棒稳定性

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先进控制方法在航天器上的应用：进展、挑战和未来发展 Review

Yong-chun XIE,Huang HUANG,Yong HU,Guo-qi ZHANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第9期页码 841-861 doi: 10.1631/FITEE.1601063

摘要：概要：本文从工程师角度出发，对当前先进控制方法在航天器上的应用情况进行综述。我们通过大量的文献调研发现，尽管当前先进控制理论和方法发展得非常迅速，但是绝大部分先进控制方法距离在航天器上实际应用还有较远的距离。目前，国内外发射的大量航天器中，只有屈指可数的极少数航天器采用了先进控制方法，其中H2/Hinfinity鲁棒控制主要用在弹性模态较为明显的航天器上，MARC等自适应控制方法主要用于处理模型不确定的情况，LQR主要用于对航天器性能进行优化。望从事航天器控制的工程师们通过本文的研究，可以对具有较强工程应用价值的先进控制方法有一个全面的认识；同时，也向理论研究者们提出了航天器实际的工程需求。

关键词：航天器控制；鲁棒控制自适应控制；最优控制

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基于扩展干扰观测器的电液执行器的模糊阻抗控制 Regular Papers-Research Articles

Ming-jie LI, Jian-hua WEI, Jin-hui FANG, Wen-zhuo SHI, Kai GUO

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第9期页码 1221-1233 doi: 10.1631/FITEE.1800155

摘要：在本文中，我们同时处理遭受外干扰及参数不确定影响的单出杆电液执行器的速度控制和力控制。在某些应用中，速度控制和力控制两者都有要求。阻抗控制和扩展干扰观测器的结合可以解决该问题。阻抗控制可调节执行器的速度和输出力之间的动态关系，有助于执行器与作用环境或者工件间避免冲击和保持合适的接触力。阻抗规则参数可由模糊算法调节。扩展干扰观测器被用于补偿外部干扰和参数不确定性，实现精确的速度跟踪。为扩展干扰器的开发，提出精确的负载力动力学模型。分析了系统稳定性。实验数据表明所提控制算法具有高精度速度跟踪性能，同时具有良好的力调节能力，在工程机械和装配中具有较大应用前景。

关键词：模糊控制；阻抗控制；干扰观测器；参数不确定性；电液执行器

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具有执行器饱和的分段仿射系统基于事件的H∞控制 Research Articles

蒋永豪,吴炜,楼旭阳,江正仙,崔宝同

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第5期页码 615-766 doi: 10.1631/FITEE.1900601

摘要：针对具有执行器饱和的离散时间分段仿射系统，提出一种事件触发控制器设计方法。考虑饱和信息，提出一种新的事件触发策略，该策略能节省通信资源。基于分段李雅普诺夫函数，推导出基于线性矩阵不等式的可行性条件。该条件不仅能保证闭环系统在一定H∞性能指标下的稳定性，还能减少信号传输数量。最后，利用仿真实例验证该方法的有效性。

关键词：事件触发控制；分段仿射系统；线性矩阵不等式；执行器饱和；H∞性能

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一类非仿射离散非线性系统的直接自适应模糊滑模控制 Article

Xiao-yu ZHANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第12期页码 1331-1343 doi: 10.1631/FITEE.1500318

摘要：针对非仿射离散非线性系统的带干扰轨迹跟踪问题，提出一种直接自适应模糊滑模控制设计。为了获得自适应特性及消除滑模控制抖振，通过使用一个动态模糊逻辑系统（Dynamic fuzzy logical system, DFLS）实现等价控制。DFLS的参数实行在线自调节。用Lyapunov分析方法验证了滑模控制的稳定性，结果表明，整个系统渐近稳定且具备自适应、消除抖振的特点。通过数值仿真和一个2自由度机械臂的应用设计仿真证明了所提出设计的良好性能。

关键词：非线性系统；离散系统；动态模糊逻辑系统；直接自适应；滑模控制

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模型不确定性和执行器故障下的四旋翼飞行器主动容错控制方法 None

Yu-jiang ZHONG, Zhi-xiang LIU, You-min ZHANG, Wei ZHANG, Jun-yi ZUO

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第1期页码 95-106 doi: 10.1631/FITEE.1800570

摘要：针对四旋翼飞行器的执行器故障，提出一种可靠的主动容错控制方法。该方法以模型参考自适应控制理论为框架，保证四旋翼飞行器系统的全局渐进稳定性。为消除模型不确定性影响，增强系统鲁棒性，径向基神经网络算法被集成到所设计的控制系统中，自适应地辨识模型不确定性，在线调整参考模型。此外，为避免因执行器饱和及响应速率限制造成的不必要的系统性能下降，在控制器设计过程中，同时考虑执行器动态特性。基于自适应两级卡尔曼滤波器设计的故障检测与诊断模块，可以准确估计执行器控制效率损失故障。利用获取的故障信息，重新构造控制器的控制律，弥补执行器故障的不利影响。仿真结果表明，在执行器有、无故障两种情况下，提出的主动容错控制方法都能使四旋翼飞行器准确跟踪期望的参考信号。

关键词：模型参考自适应控制；神经网络；四旋翼飞行器；容错控制；故障检测与诊断

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带有预设性能的高阶多输入多输出非线性系统自适应跟踪控制 Research Articles

王雪娆1,2,王庆领1,2,孙长银1,2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第7期页码 986-1001 doi: 10.1631/FITEE.2000145

摘要：本文针对一类不确定多输入多输出非线性系统提出一种基于观测器的自适应预设性能跟踪控制策略，同时考虑了系统中可能存在的不确定性。为估计被控系统中的不确定性以及外部扰动，本文构建了一类新颖的有限时间神经网络干扰观测器。此外，为保证系统可以达到预设性能，采用一类误差转换方法，可以将时变约束转换为一种等价的非时变约束。随后，基于障碍李雅普诺夫函数以及反步方法，提出一种基于观测器的跟踪控制策略。经证明，本文所设计的控制方法可以使闭环系统所有信号实现有界，跟踪误差满足预设的时变性能指标。最后，无人机系统数值仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：自适应跟踪控制；预设性能；输入饱和；干扰观测器；神经网络

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再论常增益非线性自适应观测器：恒化器系统的应用 Research Articles

Jorge A. TORRES1, Arno SONCK1, Sergej ČELIKOVSKÝ2, Alma R. DOMINGUEZ3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第1期页码 1-140 doi: 10.1631/FITEE.2000368

摘要：本文研究非线性系统的常增益自适应观测器；对一些特殊情况，有效的解决方案很少。针对具有线性输入的非线性系统，介绍一种常增益渐近观测器，使得当输入扰动和输出间满足严格正实的条件时，可以利用线性矩阵不等式工具设计观测器。所设计的观测器被应用于一大类非线性恒化动态系统，这类系统广泛应用于发酵工艺、细胞培养、医学等。事实上，基于标准的实际假设，存在必要的恒化器状态坐标变换，允许运用常增益观测器。

关键词：非线性观测器；自适应观测器；坐标变换；恒化器；污染观测

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不对称时变状态约束下非线性系统自适应有限时间事件触发控制 Research Article

魏岩1,罗均2,严怀成3,王曰英2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第12期页码 1551-1684 doi: 10.1631/FITEE.2000692

摘要：研究了状态约束下多输入多输出不确定非线性系统的自适应有限时间事件触发控制问题。为防止系统状态违反非对称时变约束，建立tan型非线性映射函数，将所考虑的系统转化为等价无约束系统。在虚拟控制信号中引入光滑切换函数，以避免传统有限时间动态面控制方法在零附近的奇异现象。同时，采用模糊逻辑系统补偿未知非线性函数。引入合适的事件触发机制确定何时控制律更新。利用李雅普诺夫稳定性理论分析，证明闭环系统是半全局最终有限时间稳定的，且不违反状态约束。最后，通过仿真实例验证了所设计控制方法的有效性。

关键词：事件触发控制；非线性映射；自适应模糊控制；有限时间；状态约束

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一种控制规则自调整的模糊控制器

程金,张承慧,夏东伟

《中国工程科学》 2003年第5卷第9期页码 78-81

摘要：

根据模糊控制理论和实际工程经验，设计了一个控制规则能够自调整的模糊控制器，详细介绍了该模糊控制器的控制原理和运行机制，并作出了仿真。该模糊控制器控制精度高，动态和稳态性能均优于传统的PID和基本模糊控制器，且具有较好的鲁棒性和抗扰动能力。仿真和工程实践证明，该模糊控制器具有简便、稳定的优点，且易于工程实现，具有较高的工程应用价值。

关键词：模糊控制控制规则自调整自适应

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基于自适应网络模糊推理系统的移动机器人导航控制器 Research Article

Panati SUBBASH, Kil To CHONG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第2期页码 141-151 doi: 10.1631/FITEE.1700206

摘要：在障碍物高度杂乱的未知环境中自主导航是移动机器人研究的一个基本问题。提出一种基于自适应网络模糊推理系统（ANFIS）的差分驱动移动机器人导航控制器，用超声波传感器捕捉移动机器人周围的环境信息。设计了一个基于模糊逻辑的导航控制器，用于获取数据集训练ANFIS控制器。在移动机器人导航过程中，考虑到环境噪声对传感器读数的影响，将加性高斯白噪声添加到传感器读数中并反馈给已训练的ANFIS控制器。在3种不同环境下对移动机器人进行导航，评价该导航控制器的鲁棒性。通过与已有移动机器人导航控制器（如神经网络、模糊逻辑）比较行程长度、行程效率、弯曲能量，验证ANFIS控制器性能。仿真结果表明，与其他控制器相比，ANFIS控制器具有更好性能，能够在不同环境中顺利导航且不与障碍物发生碰撞。

关键词：自适应网络模糊推理系统；加性高斯白噪声；自主导航；移动机器人

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水下滑翔机航向控制 Article

You LIU, Qing SHEN, Dong-li MA, Xiang-jiang YUAN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第7期页码 898-914 doi: 10.1631/FITEE.1601735

摘要：水下滑翔机动力学特性随有效载荷及外形变化而变化，其航向控制富有挑战性。解决方法是使用在线系统辨识算法捕捉当前动力学特性，更新运动模型。为此，我们设计了一个在线多项式辨识器，不断更新当前动力学模型，同时用一个自适应模型预测控制器计算并输出最优化的控制指令。该控制器根据用户自定义的指标函数，使用二次规划方法得到最优控制指令。输入指令抑制性能一定程度上可以代表该控制器的能量消耗性能。设计师可以通过调节这两项的权重，平衡两个控制器的性能。比较二次与五次多项式模型的控制效果，发现：二次多项式模型不足以表达无人机的动力学特性，且控制结果易发生剧烈波动。硬件在环模拟以及湖试结果验证了控制器性能。

关键词：水下滑翔机；在线系统辨识；航向控制；自适应控制；最优控制；节能控制；硬件在环模拟

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使用基于多目标粒子群算法多层自适应模糊推理系统晶闸管控制串联电容器补偿技术的互联多源电力系统动态稳定性增强器 Article

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《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第3期页码 394-409 doi: 10.1631/FITEE.1500317

摘要：在互联有电力系统中，载荷条件变化引起的结线功率交流与频率动态振荡的抑制已成为自动发电控制（automatic generation control, AGC）的重要职责。为缓解因负载变化导致的系统振荡，柔性交流输电系统（flexible AC transmission systems, FACTSs）可视为一种实用有效的解决方案。本文采用了一种隶属于FACTSs族的晶闸管可控串联补偿器（thyristor-controlled series compensator, TCSC），来增强互联电力系统多源的整体动态性能。为此，我们使用一种分层自适应神经模糊推理系统控制器－晶闸管可控串联补偿器（hierarchical adaptive neuro-fuzzy inference system controller-TCSC由于多目标粒子群优化算法（Multi-objective particle swarm optimization, MOPSO）在解决非线性目标问题上具有较高性能，已被用于这一优化问题中。

关键词：分层自适应神经模糊推理系统控制器；晶闸管控制串联电容器补偿技术；自动发电控制（AGC）；多目标粒子群优化算法；电力系统动态稳定性；相互联系的多源电力系统