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首页基于观测器的有限时间控制与无人车应用:稳定性与仿真研究
该篇论文《基于观测器方法的有限时间控制及无人车应用研究_毕业论文.pdf》深入探讨了在现代工业系统中,特别是无人车系统中,稳定性控制的重要性及其挑战。论文首先介绍了研究的背景和意义,强调了随着工业自动化的发展,对系统稳定性的高要求。当前的研究现状涵盖了时滞系统、观测器方法、Hamilton控制算法以及有限时间控制领域的最新进展,同时也提到了无人车系统作为应用焦点。 文章的核心内容分为两大部分:一是基于观测器方法的非线性系统有限时间鲁棒镇定控制,包括针对不同类型的系统(如非线性和带有时滞的系统)设计观测器,以确保在存在不确定性的情况下仍能实现快速、稳定的控制。这部分理论研究通过仿真验证了其有效性,尤其是在无人车系统的控制性能上。 其次,论文着重于无人车控制系统的应用研究,利用ADAMS软件进行仿真分析。ADAMS软件被用来搭建无人车的虚拟模型,详细描述了模型的构建过程,包括状态变量设定、约束条件的处理以及实际仿真环境的搭建。通过联合仿真,论文展示了观测器方法在实际无人车控制中的应用效果,并进行了详细的仿真结果分析,证明了该方法在实际系统中的可行性。 这篇论文不仅提供了基于观测器的有限时间控制理论,还通过实例应用到无人车系统,展示了其在解决复杂工业环境中不稳定问题上的实用价值。作者的工作对于提升工业自动化系统的稳定性控制有着重要的理论和实践贡献,对未来的研究方向和产业发展具有指导意义。
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山东交通学院硕士学位论文
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相结合开发了复合控制方法,保证了系统的稳定性
。
然而,上述文献中研究的 形式都是相同幂次的,局限性较大。因此,
本论文发展了不同幂次 函数的一些有限时间控制结果。很明显,这是一
类更复杂的问题,但其实用性更强。
有限时间研究现状
有限时间问题是指在有限时间内,使系统从某个初始状态到达期望稳定状态。
相比于传统的渐进稳定性,有限时间稳定性更能满足现实系统中的应用需求,如
机器人的动态控制、飞行器的姿态控制等。在这些应用中,时间是一个关键的因
素,需要控制系统在有限的时间内达到设定的目标值,从而实现对系统的快速响
应和高精度控制。因此,有限时间问题在控制领域中得到了广泛的研究,并在实
际应用中具有重要的意义
。 等人为解决现有的有限时间稳定性准则不能
用于分析随机非线性系统稳定性的问题,提出了自适应模糊控制方案和自适应有
限时间控制策略
。 等人基于反推递归技术提出的基于神经网络的有限时
间控制方案,保证了系统稳定
。 等人针对稳定 和 失 稳脉冲情形, 基 于
方法提出了几个有限时间稳定定理,并且得到一些与时滞无关的有限时
间稳定结果
。
需要指出的是,有限时间控制问题和时滞问题是控制理论中的两个重要研究
方向。在实际控制系统中,时滞问题是常见的实际问题之一,而有限时间控制问
题则可以提高控制系统的性能和稳定性。因此,将有限时间控制问题与时滞问题
相结合,可以更好地解决实际控制问题。近年来,研究时滞系统的有限时间控制
问题成为了控制领域的主要研究方向。通过对时滞系统的有限时间控制问题的研
究,可以为实际控制系统的应用提供更加可靠的解决方案
。 等人提出了
有限时间稳定的一个新的充分条件,解决了非线性系统的自适应有限时间控制问
题
。 等人利用提出的引理和不等式技术,解决了时滞系统的有限时间稳定
性问题
。 等人设计了一种有限时间滑模控制律算法,确保了闭环系统的有界
性
。 等人针对时滞系统提出了一些新的充分条件,证明了系统的有限
时间稳定性
。
尽管如此,有限时间控制问题仍然存在一些挑战性的难题,例如复杂的非线
性系统、时滞系统的有限时间控制问题等。本论文基于不同幂次的 函数
和观测器方法研究解决了非线性系统的有限时间控制问题。
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张春富基于观测器方法的有限时间控制及无人车应用研究
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无人车系统研究现状
近年来,无人驾驶技术得到学术界和业界的广泛关注并持续发展,成为主流
研究问题。注意到由于交通环境错综复杂、车辆频繁交互等问题,不同的交通环
境对无人车控制系统的要求不同。因此无人车控制系统的稳定性是首要考虑的问
题。而无人车的稳定性主要取决于其自动转向系统的横向和纵向控制。因此,学
者们对无人车的横向和纵向控制进行了深入研究,并致力于提出更加高效和可靠
的控制算法,以确保无人车在行驶过程中的稳定性和安全性
。其中, 等
人研究了纵向控制以实现自适应巡航控制和防撞功能,并设计了公路驾驶自适应
巡航控制与自动转向的集成控制器,满足了无人车自动驾驶、路径跟踪和避免碰
撞的性能
。 等人研究了自动驾驶汽车的自动转向系统对汽车安全性的影
响,提出了自动转向控制算法,实现了对车辆速度、实时性能和跟踪精度的良好
鲁棒性
。 等人分析了自动转向系统在时滞和外部干扰情况下的稳定性,并计
算了自动转向系统时滞稳定区间和临界时滞,验证了稳定性
。 等人为调节
自动转向系统的转向速度,基于参考模型提出了一种自适应控制策略,并验证了
其在有界未知时变干扰下的鲁棒稳定性,解决了现有转向控制系统无法规划转向
速度问题的缺陷
。除了上述的算法以外,免疫反馈控制算法
,自适应模糊滑
模控制算法
,自适应神经网络算法
, 模型预测控制算法
等其它优秀的算
法都应用在无人驾驶车辆的控制上,极大地提高了实用性。然而,上述文献主要
研究了无人车的无穷时间控制问题,对有限时间控制问题未见报道。
为了实现无人车的稳定性控制,本论文基于观测器提出了一种非线性系统的
有限时间鲁棒控制器,并将其应用于无人车的横向控制。实验结果表明,该控制
器能够有效地应对实际工作环境中存在的外部干扰问题,并具有较广泛的适用范
围。因此,本文的研究成果为无人车控制算法提供了一种新方法。
本文主要研究内容
本论文应用 函数方法研究非线性系统基于观测器的鲁棒控制问题,
给出了系统在外部干扰、时滞和不确定性问题共存时基于观测器的若干控制结果。
首先,利用 函数方法将原系统转换为等价的 函数形式,据此设
计了非线性观测器系统和有限时间鲁棒镇定控制器。各章节安排如下:
第一章为绪论,首先介绍了非线性系统、 方法和观测器系统的研究
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山东交通学院硕士学位论文
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背景及其意义。随后,综述了时滞系统、观测器方法、 方法、有限时间
控制以及无人车系统的国内外研究现状。同时,明确了本论文的研究动机和主要
内容。
第二章提供了必要的理论基础和工具支持,包括 稳定性分析、
控制方法、有限时间控制问题和相关引理。通过这些内容的介绍,为后
续研究提供了必要的理论背景和工具支持。
第三章基于观测器方法研究了非线性系统的有限时间鲁棒镇定控制问题。通
过使用 函数方法,本章基于观测器方法研究了一类广义非线性系统的有
限时间鲁棒控制问题,并提出了一些新的结果。首先,利用 技术将原系
统转换为等价的 形式,设计了其非线性观测器系统。然后,利用扩维技
术和李亚普诺夫方法,研究了有限时间控制问题,并提出了几个基于观测器方法
的有限时间镇定结果。最后,利用 仿真平台和无人车系统模型验证了有
限时间鲁棒控制器的有效性。需要指出的是,与现有文献中关于 方法的
研究不同,本文中的 函数具有不同的幂次,可以更好地适应实际的应用
环境。
第四章主要研究了基于观测器方法非线性时滞系统的有限时间鲁棒镇定控制
问题。首先,通过使用不同幂次的 函数方法建立了原系统的等价形式,
并设计了观测器系统。在此基础上,研究了有限时间控制问题,并应用扩维技术
和 稳定性理论方法,提出了若干有限时间稳定和有限时间鲁棒镇定结果。
最后,通过在 仿真平台上和无人车系统时滞系统模型进行实验验证,证
明了有限时间鲁棒控制器的有效性。
第五章为虚拟仿真,本论文使用了 与 联合仿真。首先,在
中搭建了无人车系统模型,设置了各种约束条件并建立状态变量。然后,
搭建合适的仿真环境使 与 之间建立连接,完成联合仿真。最后
仿真结果表明了本论文控制算法的有效性。
第六章为本论文的总结和展望,对主要研究内容进行了简要回顾,并对未来
的研究方向进行了分析和展望。在总结中,强调了本论文提出的基于观测器的有
限时间鲁棒控制方法在无人车控制中的应用价值,并总结了本文的主要贡献。在
展望中,指出了本文存在的一些局限性,提出了一些未来的研究方向。
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张春富基于观测器方法的有限时间控制及无人车应用研究
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2 预备知识
本章主要给出了一些必要的理论基础和预备知识,包括 控制方法、
稳定性分析方法、有限时间控制方法和相关引理。通过对这些内容的介
绍,为后续研究提供了必要的理论背景和工具支持。
相关介绍
控制算法是一种基于哈密尔顿力学的控制方法。它利用哈密尔顿系
统中的动力学方程和哈密尔顿函数来描述系统的演化和能量,并通过设计合适的
控制策略来达到对系统控制的目的。在哈密尔顿控制算法中,系统被描述为哈密
尔顿系统,其状态可表示一组广义坐标和广义动量。通过选择合适的哈密尔顿函
数,可以得到系统的动力学方程,从而控制系统的演化。哈密尔顿控制算法通常
适用于非线性、多变量系统和高维度系统的控制。它的优点在于能够通过哈密尔
顿函数全局优化系统的控制性能,并且可以通过一定的理论分析证明控制系统的
稳定性和收敛性。此外,它还可以处理系统噪声和不确定性,并能够在控制系统
中实现优化目标。总之,哈密尔顿控制算法是一种基于哈密尔顿力学的先进控制
方法,可以为各种应用提供更好的控制性能和可靠性。
稳定性分析方法是一种基于 函数的非线性系统稳定性分析
方法,广泛应用于控制工程、电力系统、生物系统等领域。该方法的核心思想是
通过构造 函数来研究系统的稳定性和控制问题。相比于传统的线性控制
理论分析方法, 稳定性分析方法具有更强的适用性和实用性,可以对更
加复杂的非线性系统进行分析,并且可以对系统的稳态和非稳态运动进行分析。
此外,该方法的分析结果通常具有较强的直观性和物理意义,可以为非线性系统
的控制设计和稳定性分析提供有力的支持。由于其广泛的应用和理论价值,
稳定性分析方法已成为非线性系统稳定性分析的重要工具之一。
有限时间控制是指在有限时间内,实现控制系统从初始状态到达目标状态的
控制问题。与传统的无穷时间控制问题不同,有限时间控制问题需要在限定时间
内完成控制目标,并且在整个控制过程中需要满足一定的性能指标或约束条件。
由于许多实际控制问题中需要考虑诸如能量消耗、安全性、响应时间等因素的限
制,因此研究有限时间控制问题具有重要的理论和实际意义。针对有限时间控制
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