基于VRFT的AUV自抗扰控制器参数整定方法

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作者 侯孝东 杨睿 黎明 《水下无人系统学报》 2024年第6期1000-1008,共9页

自抗扰控制(ADRC)不依赖模型,抗干扰能力强,可以很好地解决自主水下航行器(AUV)模型不确定性和外部环境复杂的问题,然而ADRC控制器的参数整定存在一定困难。针对该问题,文中提出了一种基于虚拟参考反馈整定(VRFT)的ADRC控制器参数整定... 自抗扰控制(ADRC)不依赖模型,抗干扰能力强,可以很好地解决自主水下航行器(AUV)模型不确定性和外部环境复杂的问题,然而ADRC控制器的参数整定存在一定困难。针对该问题,文中提出了一种基于虚拟参考反馈整定(VRFT)的ADRC控制器参数整定方法。首先针对AUV艏摇模型设计了ADRC控制器;其次给出了VRFT-ADRC控制器参数整定方法;最后针对角度传感器延迟问题给出了基于史密斯预估器的ADRC控制器设计方法。仿真证明,该方法能够在模型信息未知的情况下,仅通过开环实验的输入输出数据,对AUV的ADRC控制器参数进行整定,达到期望的控制效果。 展开更多

关键词 自主水下航行器 自抗扰控制 参数整定 虚拟参考反馈整定

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约束闭环系统的虚拟参考反馈校正控制 被引量：7

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作者 王建宏 朱永红 肖绚 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1398-1405,共8页

采用虚拟参考反馈校正控制方法,通过最小化由一簇输入/输出观测数据组成的L2范数的代价函数来设计控制器;对于含有椭球约束不等式条件的非线性优化问题,将目标准则函数和两约束条件转化为线性矩阵不等式形式,采用椭球优化迭代算法产生... 采用虚拟参考反馈校正控制方法,通过最小化由一簇输入/输出观测数据组成的L2范数的代价函数来设计控制器;对于含有椭球约束不等式条件的非线性优化问题,将目标准则函数和两约束条件转化为线性矩阵不等式形式,采用椭球优化迭代算法产生一系列体积逐渐减小的椭球序列,并最终收敛于一个最优解,同时,推导出椭球优化迭代算法所需迭代次数的一个上界;针对椭球优化迭代算法的初始化,提出一种基于凸优化理论水平集的初始椭球选取策略,采用仿真算例验证了所提出方法的有效性.结果表明:采用虚拟参考校正控制来设计闭环系统中的2个控制器时,可以得到较为准确的控制器参数估计值;采用椭球优化算法可以得到较快的收敛速度. 展开更多

关键词 虚拟参考反馈校正控制 线性矩阵不等式 椭球算法 初始椭球

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基于虚拟参考反馈校正法的内模控制方法 被引量：4

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作者 唐小军 王道波 +1 位作者 王寅 蒋琬玥 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期66-72,共7页

在系统对象与内部模型误差较大时,内模控制依靠滤波器系数的调整去整定控制器参数,这会牺牲系统的快速性.为解决该问题,文中提出了基于虚拟参考反馈校正法(VRFT)的内模控制方法,同步实现了过程模型的辨识与内模控制器的设计.文中首先建... 在系统对象与内部模型误差较大时,内模控制依靠滤波器系数的调整去整定控制器参数,这会牺牲系统的快速性.为解决该问题,文中提出了基于虚拟参考反馈校正法(VRFT)的内模控制方法,同步实现了过程模型的辨识与内模控制器的设计.文中首先建立了内模控制与VRFT的联系;然后基于VRFT对内模控制器进行设计,推导出合理滤波器的具体表达式,利用此滤波器对控制器参数及内部模型参数进行优化,从而使设计的整个内模控制结构与给定的理想传递函数性能一致.仿真实验结果表明,虽然文中所提方法与传统内模控制器设计方法的控制效果比较接近,但前者具有更快的响应速度及更好的跟踪性能,说明文中所提控制方法是有效的. 展开更多

关键词 内模控制 内部模型 滤波器 虚拟参考反馈校正法 优化

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虚拟参考反馈校正控制器参数的预测误差辨识 被引量：4

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作者 唐小军 王道波 +1 位作者 唐得志 李猛 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期15-21,共7页

针对未知系统中双控制器的设计问题,采用虚拟参考反馈校正方法,通过最小化由一组观测数据组成的L2范数所构成的代价函数,达到直接设计控制器目的.联合前馈控制器分离出的固定部分和反馈控制器作为滤波器,对原输入/输出关系式进行重参数... 针对未知系统中双控制器的设计问题,采用虚拟参考反馈校正方法,通过最小化由一组观测数据组成的L2范数所构成的代价函数,达到直接设计控制器目的.联合前馈控制器分离出的固定部分和反馈控制器作为滤波器,对原输入/输出关系式进行重参数化,得到标准的预测误差辨识形式,在所得式中,对控制器未知参数矢量采用可分离迭代的非线性最小二乘法进行估算.文中还对算法的收敛性进行了理论分析,并通过仿真验证了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 虚拟参考反馈校正 预测误差辨识 滤波器 重参数化 非线性最小二乘法

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基于虚拟参考点的AUV编队控制(英文) 被引量：5

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作者 崔荣鑫 严卫生 +1 位作者 徐德民 黄英兰 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2008年第10期53-57,共5页

针对自主水下航行器(AUV)的编队控制问题,分析了几种不同编队控制方法的优缺点,提出了一种融合了主从编队控制和虚拟结构编队控制二者优点的基于虚拟参考点的AUV编队控制新方法。该方法将AUV的水平面运动方程进行反馈线性化,得到一个二... 针对自主水下航行器(AUV)的编队控制问题,分析了几种不同编队控制方法的优缺点,提出了一种融合了主从编队控制和虚拟结构编队控制二者优点的基于虚拟参考点的AUV编队控制新方法。该方法将AUV的水平面运动方程进行反馈线性化,得到一个二重积分系统,并将编队控制任务分为两个子任务,一是各个AUV的路径跟踪问题;二是要求所有的AUV要以期望的速度编队航行,在此基础上设计了AUV的编队控制律,并在设计虚拟参考点的位置更新时,综合考虑了编队中所有AUV的位置跟踪误差,实现了编队控制的高层协调。通过仿真试验,验证了所提出编队控制律的有效性。 展开更多

关键词 自主水下航行器 编队控制 虚拟参考点 反馈线性化

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非线性闭环系统的虚拟参考反馈校正控制设计 被引量：3

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作者 王建宏 朱永红 +1 位作者 肖绚 唐得志 《电光与控制》 北大核心 2013年第1期23-27,93,共6页

针对闭环非线性系统中的控制器为一非线性函数的情况,采用虚拟参考反馈校正控制的设计原理,根据控制器的输入—输出观测数据构造一个基于输出数据的线性仿射函数。通过最小化逼近误差,利用系统辨识的参数估计方法求取线性仿射函数中可... 针对闭环非线性系统中的控制器为一非线性函数的情况,采用虚拟参考反馈校正控制的设计原理,根据控制器的输入—输出观测数据构造一个基于输出数据的线性仿射函数。通过最小化逼近误差,利用系统辨识的参数估计方法求取线性仿射函数中可调参数权值,从而采用一个含可调参数权值的线性仿射形式来逼近原非线性控制器,通过对参数权值的调整使得逼近误差较小,并给出参数权值的凸优化求解过程。最后用仿真算例验证方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 非线性闭环系统 虚拟参考反馈校正控制 线性仿射函数 可调参数

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基于虚拟参考反馈的无人旋翼机姿态控制 被引量：4

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作者 陈淼 王道波 +1 位作者 盛守照 王建宏 《南昌航空大学学报（自然科学版）》 CAS 2011年第2期27-32,6,共7页

考虑旋翼转速可变,建立了自转旋翼机的数学模型,并针对其姿态控制回路,基于输入-输出观测数据,提出了一种采用虚拟参考反馈校正控制的无人旋翼机姿态控制方法。通过对由一簇采集数据组成的范数代价函数的优化,直接对控制器进行设计,避... 考虑旋翼转速可变,建立了自转旋翼机的数学模型,并针对其姿态控制回路,基于输入-输出观测数据,提出了一种采用虚拟参考反馈校正控制的无人旋翼机姿态控制方法。通过对由一簇采集数据组成的范数代价函数的优化,直接对控制器进行设计,避免了复杂的旋翼机系统辨识建模过程。针对控制设计中的优化问题,运用于分离性原理,推导出迭代可分离的非线性最小二乘辨识法。该方法可降低收敛于局部最小的可能性,得到设计准则中参数矢量估计的全局最优解。通过仿真实验验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 无人旋翼机 姿态控制 虚拟参考反馈校正 非线性最小二乘法

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两自由度控制器的直接数据驱动辨识 被引量：2

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作者 王建宏 朱永红 《华东交通大学学报》 2016年第5期65-75,共11页

研究闭环条件下非线性系统对象存在时,非线性控制器和线性控制器的数据驱动辨识问题。为避免对非线性系统的建模,对于非线性控制器的设计,将其转化为非线性函数在某基函数展开下的辨识;对于线性控制器的设计,引进虚拟参考反馈校正思想,... 研究闭环条件下非线性系统对象存在时,非线性控制器和线性控制器的数据驱动辨识问题。为避免对非线性系统的建模,对于非线性控制器的设计,将其转化为非线性函数在某基函数展开下的辨识;对于线性控制器的设计,引进虚拟参考反馈校正思想,采用递推最小二乘辨识法来辨识线性控制器参数。在闭环系统结构中,增加关于非线性系统的利普希茨连续性假设,定义非线性系统的有限增益稳定性;推导需保证非线性系统对象的输出为有限增益时,某特定利普希茨常数应满足的不等式条件;给出跟踪误差的上界值。最后利用某仿真算例来验证方法的有效性。 展开更多

关键词 两自由度 直接数据驱动辨识 虚拟参考反馈校正 支持向量机

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内模控制结构中的虚拟参考反馈校正设计

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作者 王建宏 熊朝华 许莺 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2014年第4期389-393,共5页

为规避真实对象的建模过程,使辨识对象的建模与内模控制器设计可同步实现,将虚拟参考反馈校正思想应用于内模控制之中。虚拟参考反馈校正思想可将辨识对象和内模控制器的求解转化为参数辨识过程。为建立虚拟参考反馈校正思想与传统自适... 为规避真实对象的建模过程,使辨识对象的建模与内模控制器设计可同步实现,将虚拟参考反馈校正思想应用于内模控制之中。虚拟参考反馈校正思想可将辨识对象和内模控制器的求解转化为参数辨识过程。为建立虚拟参考反馈校正思想与传统自适应控制方法间的等价性,推导出对输入-输出观测数据作预滤波处理的滤波器。最后用仿真算例验证本文辨识方法的有效性。 展开更多

关键词 内模控制 虚拟参考反馈校正 滤波器

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虚拟参考反馈校正时变控制的规范设计

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作者 王建宏 熊朝华 《电光与控制》 北大核心 2014年第8期77-82,共6页

为折衷线性控制器和非线性控制器间的差距,采用虚拟参考反馈校正控制策略研究线性时变控制器的设计问题。对于两控制器中未知时变参数矢量的辨识,在原代价函数的基础上通过增加一项关于两未知时变参数矢量的规范项,来约束时变参数矢量... 为折衷线性控制器和非线性控制器间的差距,采用虚拟参考反馈校正控制策略研究线性时变控制器的设计问题。对于两控制器中未知时变参数矢量的辨识,在原代价函数的基础上通过增加一项关于两未知时变参数矢量的规范项,来约束时变参数矢量的跳变特性。对于未知时变参数矢量的优化过程,采用可分离非线性最小二乘算法重复迭代以得到全局最优解。借助凸优化理论,推导出一个关键规范值,以此值作为规范值合适选取过程中的初始值。最后用仿真算例验证了辨识方法的有效性。 展开更多

关键词 虚拟参考反馈校正控制 模型匹配 时变参数 规范系数 迭代辨识算法

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基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统参数整定 被引量：2

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作者 温韬 夏文韬 +1 位作者 周旭 龙志强 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期506-513,共8页

为了解决由于磁浮列车悬浮系统模型存在复杂非线性所带来的控制器参数整定难题,考虑仅依靠悬浮系统单次悬浮调试的输入输出数据来实现控制器参数整定,研究了基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统快速参数整定方法.首先,通过磁浮列车悬浮系统... 为了解决由于磁浮列车悬浮系统模型存在复杂非线性所带来的控制器参数整定难题,考虑仅依靠悬浮系统单次悬浮调试的输入输出数据来实现控制器参数整定,研究了基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统快速参数整定方法.首先,通过磁浮列车悬浮系统的建模分析了悬浮系统的开环不稳定性和复杂非线性;其次,针对虚拟参考反馈参数整定方法存在的参考模型确定问题,利用估计闭环响应方法来实现数据驱动的控制器参数整定;并且考虑到数据中存在的干扰噪声会影响控制器参数整定,提出了基于信号投影的磁悬浮系统数据噪声抑制方法;最后,以单铁磁悬浮系统为研究对象,通过单铁悬浮实验验证了本文提出的基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统参数整定方法的有效性.研究结果表明:悬浮系统的开环不稳定性和复杂非线性会给参数的快速整定带来较大困难;基于信号投影的噪声抑制方法能够将带噪声数据的方差降低54.1%;基于数据驱动的参数整定方法能够快速地整定好悬浮系统控制器参数,经参数整定后的系统相较于初始条件下只粗调好的PID反馈控制系统的阶跃响应超调量下降72.0%,平方误差积分(ISE)下降79.8%,绝对误差积分(IAE)下降54.5%. 展开更多

关键词 悬浮系统 数据驱动 参数整定 虚拟参考反馈 信号投影

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