基于高斯过程的不确定非线性系统在线学习控制及应用

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作者 刘玉发 练桂铭 +1 位作者 刘勇华 苏春翌 《自动化学报》 北大核心 2025年第7期1662-1672,共11页

针对一类不确定非线性系统,提出一种基于高斯过程的在线学习控制方法.该方法首先通过障碍函数间接设定系统状态的运行区域.其次,在该区域内在线采集量测数据,利用高斯过程回归对系统中未知非线性动态进行学习.然后,通过Lyapunov稳定理论... 针对一类不确定非线性系统,提出一种基于高斯过程的在线学习控制方法.该方法首先通过障碍函数间接设定系统状态的运行区域.其次,在该区域内在线采集量测数据,利用高斯过程回归对系统中未知非线性动态进行学习.然后,通过Lyapunov稳定理论,证明了所提在线学习控制算法可保证闭环系统所有信号的有界性.与基于径向基神经网络的自适应控制方案相比,所提控制算法无需精确给出系统状态的运行区域及预先分配径向基函数中心值.最后,通过数值仿真与Franka Emika Panda协作机械臂关节控制实验,验证了本文控制算法的有效性与先进性. 展开更多

关键词 非线性系统 不确定系统 高斯过程 在线学习控制 机械臂

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具有指定性能和全状态约束的多智能体系统事件触发控制 被引量：34

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作者 杨彬 周琪 +1 位作者 曹亮 鲁仁全 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1527-1535,共9页

针对一类非严格反馈的非线性多智能体系统一致性跟踪问题,在考虑全状态约束和指定性能的基础上提出了一种事件触发自适应控制算法.首先,通过设计性能函数,使跟踪误差在规定时间内收敛于指定范围.然后,在反步法中引入Barrier Lyapunov函... 针对一类非严格反馈的非线性多智能体系统一致性跟踪问题,在考虑全状态约束和指定性能的基础上提出了一种事件触发自适应控制算法.首先,通过设计性能函数,使跟踪误差在规定时间内收敛于指定范围.然后,在反步法中引入Barrier Lyapunov函数使所有状态满足约束条件,结合动态面技术解决传统反步法产生的“计算爆炸”问题,并利用径向基函数神经网络(Radial basis function neural networks,RBF NNs)处理系统中的未知非线性函数.最后基于Lyapunov稳定性理论证明系统中所有信号都是半全局一致最终有界的,跟踪误差收敛于原点的有界邻域内且满足指定性能.仿真结果验证了该控制算法的有效性. 展开更多

关键词 指定性能 全状态约束 事件触发控制 多智能体系统

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带有输出约束条件的随机多智能体系统容错控制 被引量：7

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作者 郑晓宏 董国伟 +1 位作者 周琪 鲁仁全 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期961-968,共8页

在有向通讯拓扑图下,针对一类具有输出约束和执行器偏差增益故障的非严格反馈随机多智能体系统,提出一种自适应神经网络容错控制设计方案.采用神经网络逼近未知非线性函数,构造障碍李雅普诺夫函数处理系统的输出约束问题,以反步法和动... 在有向通讯拓扑图下,针对一类具有输出约束和执行器偏差增益故障的非严格反馈随机多智能体系统,提出一种自适应神经网络容错控制设计方案.采用神经网络逼近未知非线性函数,构造障碍李雅普诺夫函数处理系统的输出约束问题,以反步法和动态面技术为框架,结合Nussbaum函数设计自适应神经网络容错控制方法.基于李雅普诺夫稳定性理论,证明所有跟随者输出与领导者输出达到一致,闭环系统的所有信号依概率半全局一致最终有界且系统输出限制在给定紧集内.论文最后通过仿真实验验证所给出控制方案的有效性. 展开更多

关键词 非严格反馈形式 容错控制 多智能体系统 输出约束 随机系统

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精确估计下的多智能体系统漏斗复合控制

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作者 李枝强 刘洋 +1 位作者 周琪 鲁仁全 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1417-1425,共9页

针对一类具有时变扰动的非线性多智能体系统,研究其在有向拓扑下的一致性跟踪问题,提出一种基于精确估计的复合自适应预设有限时间(PFT)漏斗控制方法.首先,构建一种新的PFT漏斗控制,使跟踪误差约束在PFT漏斗边界内.其次,采用神经网络(NN... 针对一类具有时变扰动的非线性多智能体系统,研究其在有向拓扑下的一致性跟踪问题,提出一种基于精确估计的复合自适应预设有限时间(PFT)漏斗控制方法.首先,构建一种新的PFT漏斗控制,使跟踪误差约束在PFT漏斗边界内.其次,采用神经网络(NN)逼近系统的未知非线性,并利用NN逼近信息设计扰动观测器,建立基于NN和扰动观测器的复合估计模型,将得到的预测误差引入NN权值的复合更新律中,实现对未知非线性和时变扰动的精确估计.然后,利用动态面技术和误差补偿机制,在解决传统反步法“计算爆炸”问题的同时,消除滤波器误差对系统的影响.最后,通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号均为有界的,并通过仿真实验验证控制方法的有效性. 展开更多

关键词 多智能体系统 神经网络 扰动观测器 复合估计模型

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具有不确定控制增益严格反馈系统的自适应命令滤波控制 被引量：1

5

作者 吴锦娃 刘勇华 +1 位作者 苏春翌 鲁仁全 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1015-1023,共9页

针对一类具有不确定控制增益的严格反馈系统,提出一种基于命令滤波反推技术的自适应神经网络控制方法.该方法采用神经网络对系统中的未知非线性函数进行逼近,并引入命令滤波反推技术克服“计算膨胀”的问题.与现有的命令滤波反推控制文... 针对一类具有不确定控制增益的严格反馈系统,提出一种基于命令滤波反推技术的自适应神经网络控制方法.该方法采用神经网络对系统中的未知非线性函数进行逼近,并引入命令滤波反推技术克服“计算膨胀”的问题.与现有的命令滤波反推控制文献相比,本文通过构造自适应误差补偿系统,同时消除滤波器产生的边界层误差和不确定控制增益对系统性能造成的影响.仿真结果验证了所提控制方法的有效性. 展开更多

关键词 非线性系统 命令滤波反推 神经网络控制 自适应控制

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基于滤波控制障碍函数的严格反馈系统安全控制

6

作者 陈仲秋 刘勇华 苏春翌 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2474-2486,共13页

针对一类严格反馈系统的安全控制问题,提出一种基于滤波控制障碍函数(Filtered control barrier functions,FCBF)的优化控制方法.首先引入一阶低通滤波器,构建滤波控制障碍函数.然后结合控制李雅普诺夫函数(Control Lyapunov functions,... 针对一类严格反馈系统的安全控制问题,提出一种基于滤波控制障碍函数(Filtered control barrier functions,FCBF)的优化控制方法.首先引入一阶低通滤波器,构建滤波控制障碍函数.然后结合控制李雅普诺夫函数(Control Lyapunov functions,CLF)及离线优化技术,提出一种新颖的安全反推控制算法.与现有文献相比,所提控制算法通过运用滤波控制障碍函数,有效克服了安全反推过程中的“计算膨胀”问题.仿真结果验证了所提控制算法的有效性与正确性. 展开更多

关键词 非线性系统 安全控制 控制障碍函数 低通滤波器 反推设计

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基于RRT森林算法的高层消防多无人机室内协同路径规划 被引量：16

7

作者 陈锦涛 李鸿一 +1 位作者 任鸿儒 鲁仁全 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2615-2626,共12页

在多无人机(Multi-unmanned aerial vehicles,Multi-UAVs)协同执行高层消防救援任务的场景中,室内复杂火场环境下路径规划是亟待解决难题之一.针对快速搜索随机树算法(Rapidly-exploring random tree,RRT)搜索区域受限、耗时较长、结果... 在多无人机(Multi-unmanned aerial vehicles,Multi-UAVs)协同执行高层消防救援任务的场景中,室内复杂火场环境下路径规划是亟待解决难题之一.针对快速搜索随机树算法(Rapidly-exploring random tree,RRT)搜索区域受限、耗时较长、结果可行性差等问题,提出RRT森林算法.通过随机选取根节点、生成随机树、连接合并随机树,使高层消防多无人机在复杂室内环境下协同路径规划效率显著提高.此外,采用两次动态规划(Dynamic programming,DP)以及改进障碍物接近检测方法,进一步提高路径的可行性.最终,通过仿真验证算法的有效性. 展开更多

关键词 高层消防多无人机 协同路径规划 RRT 森林算法 动态规划 障碍物接近检测

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基于性能指标约束的一类输入死区非线性系统最优控制 被引量：11

8

作者 郭子杰 白伟伟 +1 位作者 周琪 鲁仁全 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期2128-2136,共9页

针对一类考虑指定性能和带有输入死区约束的严格反馈非线性系统,本文提出了一种自适应模糊最优控制方法.采用模糊逻辑系统逼近系统的未知非线性函数及代价函数,利用backstepping方法及命令滤波技术,设计前馈控制器.针对仿射形式的误差系... 针对一类考虑指定性能和带有输入死区约束的严格反馈非线性系统,本文提出了一种自适应模糊最优控制方法.采用模糊逻辑系统逼近系统的未知非线性函数及代价函数,利用backstepping方法及命令滤波技术,设计前馈控制器.针对仿射形式的误差系统,结合自适应动态规划技术,设计最优反馈控制器.采用指定性能控制方法,将系统跟踪误差约束在指定范围内.利用死区斜率信息解决具有死区输入的非线性系统的控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,证明闭环系统内所有信号是一致最终有界的.最后仿真结果验证了本文方法的可行性和有效性. 展开更多

关键词 自适应模糊最优控制 自适应动态规划 BACKSTEPPING方法 输入死区 指定性能

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基于强化学习的一类具有输入约束非线性系统最优控制 被引量：8

9

作者 罗傲 肖文彬 +1 位作者 周琪 鲁仁全 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期154-164,共11页

针对部分系统存在输入约束和不可测状态的最优控制问题,本文将强化学习中基于执行–评价结构的近似最优算法与反步法相结合,提出了一种最优跟踪控制策略.首先,利用神经网络构造非线性观测器估计系统的不可测状态.然后,设计一种非二次型... 针对部分系统存在输入约束和不可测状态的最优控制问题,本文将强化学习中基于执行–评价结构的近似最优算法与反步法相结合,提出了一种最优跟踪控制策略.首先,利用神经网络构造非线性观测器估计系统的不可测状态.然后,设计一种非二次型效用函数解决系统的输入约束问题.相比现有的最优方法,本文提出的最优跟踪控制方法不仅具有反步法在处理n阶系统跟踪问题上的优势,而且保证了所有虚拟控制器均为最优,同时,该方法可以简化控制器设计过程.最后,基于李雅普诺夫稳定性理论,证明了闭环系统中的所有信号一致最终有界.通过仿真结果验证该方法的有效性. 展开更多

关键词 输入约束 不可测状态 最优控制 强化学习 反步法

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具有未建模动态的互联大系统事件触发自适应模糊控制 被引量：7

10

作者 赵光同 曹亮 +1 位作者 周琪 李鸿一 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1932-1942,共11页

针对一类具有未建模动态及执行器故障的非严格反馈非线性互联大系统,提出一种基于事件触发机制的模糊分散自适应输出反馈控制算法.首先,通过设计模糊状态观测器估计系统中不可测的状态,并引入李雅普诺夫函数约束未建模动态.然后,提出一... 针对一类具有未建模动态及执行器故障的非严格反馈非线性互联大系统,提出一种基于事件触发机制的模糊分散自适应输出反馈控制算法.首先,通过设计模糊状态观测器估计系统中不可测的状态,并引入李雅普诺夫函数约束未建模动态.然后,提出一种基于事件触发机制的自适应容错控制器补偿多个执行器故障产生的影响.最后,利用障碍李雅普诺夫函数实现对系统输出的约束,并证明闭环系统中所有信号均是半全局一致最终有界的,且设计的事件触发机制可以避免Zeno行为.数值仿真结果验证所提出设计方案的可行性及有效性. 展开更多

关键词 非线性互联大系统 未建模动态 执行器故障 事件触发

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一类具有未知幂次的高阶不确定非线性系统的自适应控制 被引量：2

11

作者 刘玉发 刘勇华 +1 位作者 苏春翌 鲁仁全 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2018-2027,共10页

研究了一类具有未知幂次的高阶不确定非线性系统的自适应跟踪控制问题.在无需系统函数先验知识的条件下,采用积分反推技术和障碍李雅普诺夫函数,提出了一种新颖的自适应跟踪控制算法.该控制算法的显著特点是所设计的自适应控制器均与系... 研究了一类具有未知幂次的高阶不确定非线性系统的自适应跟踪控制问题.在无需系统函数先验知识的条件下,采用积分反推技术和障碍李雅普诺夫函数,提出了一种新颖的自适应跟踪控制算法.该控制算法的显著特点是所设计的自适应控制器均与系统幂次无关,并且能够保证闭环系统的所有信号皆有界.仿真算例验证了该控制算法的有效性. 展开更多

关键词 高阶非线性系统 输出跟踪 自适应控制 障碍函数 未知幂次

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基于时滞测量的复杂网络分布式状态估计研究 被引量：4

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作者 滕达 徐雍 +2 位作者 鲍鸿 王卓 鲁仁全 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期841-850,共10页

研究一类存在一步随机时滞的复杂网络分布式状态估计问题,采用伯努利随机变量刻画测量值的随机时滞情况.基于复杂网络模型和不可靠测量值,分别设计复杂网络的状态预测器和分布式状态估计器,基于杨氏不等式消除节点之间的耦合项,通过优... 研究一类存在一步随机时滞的复杂网络分布式状态估计问题,采用伯努利随机变量刻画测量值的随机时滞情况.基于复杂网络模型和不可靠测量值,分别设计复杂网络的状态预测器和分布式状态估计器,基于杨氏不等式消除节点之间的耦合项,通过优化杨氏不等式引进的参数,优化状态预测协方差.通过设计估计器增益,获得状态估计误差协方差,同时结合预测误差协方差,获得状态估计误差协方差的迭代公式,并给出估计误差协方差稳定的充分条件.最后,对由小车组成的耦合系统进行数值仿真,验证所设计估计器的有效性. 展开更多

关键词 复杂网络 分布式状态估计 时滞测量 稳定性分析

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