Horizon Adaptation for Nonlinear Model Predictive Controllers with guaranteed Degree of Suboptimality
Curtin University of Technology（科廷科技大学）
提出自适应策略修改标准约束模型预测控制器方案，以保证次优度的下界，并开发了缩短和延长优化地平线的有效实现方法。
2011-05-16 cs.SY eess.SY math.OC
Feedback control of the COVID-19 pandemic with guaranteed non-exceeding ICU capacity
在本文中，我们研究了COVID-19大流行的反馈控制技术，这些技术能够保证重症监护病房的可用床位不被超过。控制信号模拟了当地政府制定的社交距离政策。我们提出了一种控制设计的Bang-Bang漏斗控制器的基础上，这是强大的流行病学模型的参数的不确定性，只需要测量的人数需要医疗照顾。因此，它可以作为迈向可靠的决策机制的第一步。仿真结果表明了该控制器的有效性。
2021-10-28 math.OC
Ensuring Transient Stability with Guaranteed Region of Attraction in DC Microgrids
直流微电网在连接直流组件时具有更好的能量效率，因此在可再生能源集成中具有很好的应用前景。然而，它们可能是不稳定的，因为DC微电网中的许多负载被调节为具有不稳定负阻抗效应的恒定功率负载（CPL）。因此，由载荷突变或突发事件引起的状态轨迹位移很容易导致失稳。已有的许多工作致力于研究直流微电网的吸引域（ROA），其中系统是保证渐近稳定的。然而，现有的工作要么集中于使用数值方法的ROA近似，一般没有性能保证或不能确保一个理想的ROA的一般DC微电网。为了缩小这一差距，本文开发了一种创新的控制合成算法，使一般的直流微电网有一个理论上保证的ROA，例如，覆盖其整个操作范围的状态轨迹。我们首先研究了直流微电网的非线性动力学，推导出一种新的暂态稳定条件，以严格证明给定的操作范围是否是ROA的子集，然后，我们制定了一个控制综合最优化问题，以保证条件的满足。该条件是一个线性约束，该最优化问题类似于最优潮流问题，具有良好的计算性能。仿真算例验证了所提方法的有效性。
2022-05-20 math.OC
Nonlinear Pose Filters on the Special Euclidean Group SE(3) with Guaranteed Transient and Steady-state Performance
提出了两种直接基于特殊欧氏群SE（3）的非线性姿态（姿态和位置）滤波器，它们能够保证预定的瞬态和稳态性能。位置误差和姿态误差的归一化欧氏距离被困在任意给定的大集合内，并且从几乎任何初始条件系统地且渐近地收敛到原点。保证瞬态误差不超过规定值，而稳态误差由预定义的小值限制。第一位姿滤波器基于与一组速度向量耦合的一组向量测量来操作，并且需要初步位姿重建。相反，第二滤波器能够直接使用一组矢量测量和一组速度矢量来执行其功能。这两个建议的过滤器提供合理的姿态估计具有优越的收敛性能，同时能够使用从低成本的惯性测量，地标测量，和速度测量单元获得的测量。仿真结果表明，所提出的滤波器的有效性和鲁棒性，考虑大的初始化误差和高水平的不确定性，速度矢量以及在一组矢量测量。姿态、位置、姿态估计、非线性观测器、估计、特殊正交群、特殊欧几里德群、SO（3）、SE（3）、规定性能函数、瞬态、稳态误差、变换误差、地标、特征测量、PPF、IMU、李代数、李群、投影、陀螺仪、惯性测量单元、刚体、微机电系统、传感器、IMU、MEMS、滚转、俯仰、偏航，无人机，QUAV，SVD，固定，移动，车辆，机器人，机器人系统，航天器，潜艇，水下航行器。
2021-04-14 math.OC
Multi-objective optimization framework for networked predictive controller design
网络化控制系统（NCSs）经常遭受随机数据包丢失的问题，从而影响系统的稳定性和性能。针对通信网络封闭的反馈控制系统中随机丢包的不利影响，设计了一种具有预测增益的状态反馈控制器。为了实现更好的性能，本文提出了一种基于线性矩阵不等式（LMI）约束的优化控制器设计框架，以确保稳定性。采用非支配排序遗传算法-Ⅱ（NSGA-II）对不同的冲突目标函数进行了优化。在本文中提出的方法不仅给出了保证闭环稳定的意义上的李雅普诺夫，即使在存在随机丢包，但也给出了两个冲突的时域控制目标之间的优化权衡。
2013-01-05 math.OC
Finite-dimensional boundary control of the linear Kuramoto-Sivashinsky equation under point measurement with guaranteed $L^2$-gain
偏微分方程的基于非线性变换器的控制器设计是一个具有挑战性的问题。最近，这样的控制器被引入到一维热方程，假设观测或控制算子之一是有界的。本文对观测算子和控制算子均为无界的一维抛物型偏微分方程提出了一种构造控制器的方法。我们考虑Kuramoto-Sivashinsky方程（KSE）下的边界或域内点测量和边界驱动。我们采用模态分解方法，通过动态扩展，使用本征函数的Sturm-Liouville算子。控制器维度由不稳定模式的数量定义，而观测器维度$N$可以大于该数量。我们建议一个直接的李雅普诺夫方法的全阶闭环系统，这导致在一个LMI的元素和维数依赖于$N$。由线性矩阵不等式得到了$N$的值和衰减率。我们扩展我们的方法，保证$L^2$增益和输入状态稳定的内部稳定。我们证明了两个重要的属性派生的LMI。首先，我们证明了LMI总是可行的$N$和$L^2$或ISS增益足够大，从而获得保证我们的方法。此外，对于稳定的情况下，我们表明，LMI的可行性为一些$N$意味着其可行性为$N+1$（即，在LMI中扩大$N$不会恶化闭环系统的最终衰减率）。数值算例验证了该方法的有效性。
2021-08-16 math.OC
Tube-based Guaranteed Cost Robust Model Predictive Control for Linear Systems Subject to Parametric Uncertainties
针对一类具有乘法结构范数有界不确定性的约束线性系统，提出了一种基于管道的保性能模型预测控制器。它为一般的最小-最大模型预测控制提供了一个上界。所提出的管的不变性适用于任何任意缩放。它产生一个二阶锥规划问题，这是计算成本较低的标准半定规划问题。我们还提出了一个数值例子，所提出的方法，开环保成本模型预测控制器，和一个位似管模型预测控制器的线性差分包含系统之间的比较研究。
2020-12-09 cs.SY eess.SY math.OC
Towards a Global Controller Design for Guaranteed Synchronization of Switched Chaotic Systems
Jadavpur University（贾达普大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文基于保证稳定性Lyapunov理论，结合鲁棒控制与切换线性系统概念，推导出切换主从非线性混沌系统的同步充分条件，并通过线性矩阵不等式简化计算以实现同步控制。
2016-11-29 cs.NA math.CA math.DS
Control Design with Guaranteed Transient Performance: an Approach with Polyhedral Target Tubes
针对多输入多输出离散时间线性多面体差分包含系统，提出了一种新的保证瞬态性能的控制器设计方法。我们建立了一个定理，给出了状态从状态空间的一个多面体子集演化到另一个多面体子集的充要条件。然后，我们提出了一种算法，该算法构造了一个随时间变化的输出反馈法，保证了状态的演变内的随时间变化的多面体靶管指定系统的期望的瞬态性能。我们提出的概括涉及的控制约束，和有界的附加干扰项。我们的配方是非常普遍的，包括参考跟踪与任何所需的瞬态行为，在面对干扰，如指定的，例如，最流行的阶跃响应规格。该方法是证明了一个例子，涉及在两个耦合罐的水位控制。
2021-03-09 cs.SY eess.SY math.OC
Suboptimal Control of Unknown Second-order Nonlinear Systems with Guaranteed Global Convergence
针对具有未知时变非线性动态的二阶系统，提出了一种次优自抗扰控制器（S-ADRC）。输出反馈控制器通过动态控制增益保证整体收敛到最优解附近，基于通过高增益观测器获得的估计的主要和扩展状态变量。三个数值例子比较所提出的控制方案适用于线性和非线性系统的固定增益的传统ADRC以及几个基于模型的最优和次优控制器的性能。
2022-06-20 cs.SY eess.SY math.OC
Performance and Scalability of Voltage Controllers in Multi-Terminal HVDC Networks
在本文中，我们比较的瞬态性能的多端高压直流（MTDC）电网配备了松弛总线电压控制的两个分布式控制方案：一个标准的下垂控制器和分布式平均比例积分（DAPI）控制器。我们评估性能的H2指标，量化预期偏离标称电压，并表明下垂或DAPI控制的MTDC电网的瞬态性能总是优于具有松弛总线的MTDC电网。特别是，通过研究在格型网络上建立的系统，我们表明，松弛总线控制系统的H2范数可以随网络大小无限扩展，而范数保持一致有界的下垂或DAPI控制。我们模拟的控制策略上的径向MTDC网络证明松弛总线控制系统的瞬态性能显着恶化，随着网络的增长，这是不是与分布式控制策略的情况。
2017-03-03 math.OC
Guaranteed Cost Model Predictive Control-based Driver Assistance System for Vehicle Stabilization Under Tire Parameters Uncertainties
道路交通事故一直是青年人死亡的主要原因。大多数事故发生在驾驶员分心和失控的情况下。最近提出了线控转向系统作为减轻此类事故的替代方案。该技术使得前轮转向角度与驾驶员手轮角度解耦，从而测量道路/轮胎摩擦极限，并开发能够确保车辆稳定性和安全性的新型控制系统。然而，车辆安全边界高度依赖于轮胎特性，这些特性随着温度、磨损和轮胎制造过程而显著变化。因此，自动驾驶车辆和驾驶员辅助控制器的设计不能假设这些特性是恒定的或已知的。因此，本文提出了一种保成本模型预测控制器驾驶员辅助系统，能够避免前后轮胎饱和，并跟踪驾驶员的意图，以处理不确定的轮胎参数的车辆的限制。仿真结果表明，所提出的方法下随时间变化的均匀分布的干扰的性能。
2016-09-20 math.OC
String stability and guaranteed safety via funnel cruise control for vehicle platoons
Universität Paderborn（帕德博恩大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）
研究具有异构和非线性动力学的自动驾驶车辆编队的分散控制策略，基于漏斗控制思想提出新算法，能保证车距、交通流并实现串稳定性，通过模拟验证性能。
2026-07-07 math.OC
An Alternative Distributed Control Architecture for Improvement in the Transient Response of DC Microgrids
分布式二次控制在直流微电网中发挥着重要作用，它保证了系统的功率共享和直流母线电压稳定等控制目标。先前的研究建议使用一种控制架构，该架构利用并联的次级母线电压和电流共享补偿。然而，并行控制器之间存在相互影响，降低了系统的瞬态性能。本文报告了一种替代的分布式二次控制架构和控制器的设计过程，基于小信号分析，以减轻电流共享和总线电压补偿的相互影响，并改善系统的瞬态响应。实验结果证实了改进的瞬态性能的电流分配控制和直流母线电压稳定性，利用所提出的控制架构。
2016-08-17 math.OC
Parametrization of the regular equivalences of the canonical controller and its applications
我们在行为框架下研究线性系的控制问题。我们的重点是一类正则控制器，是等价的规范控制器。规范控制器是一个特定的控制器，只要存在一个解，它就保证是一个解。然而，它已被证明，在大多数情况下，规范控制器是不规则的。本文的主要结果是参数化的所有定期控制器是等价的规范控制器。参数化，然后用来解决两个控制问题。第一个问题涉及设计一个使用尽可能少的控制信道的常规控制器。第二个问题是设计一个规则的控制器，满足预定义的输入输出划分约束。在这两个问题中，基于参数化，我们提出了算法，做控制器的设计。
2007-09-24 math.OC
Improving performance of droop-controlled microgrids through distributed PI-control
本文研究了基于逆变器的微电网在持续随机扰动下的暂态性能，即在频率调节过程中产生的阻性功率损耗。我们建模的逆变器作为二阶振荡器和比较两种算法的频率调节：标准的频率下垂控制器和分布式比例积分（PI）控制器。瞬态功率损耗可以使用输入-输出H2范数来量化。我们表明，分布式PI控制器，这是以前提出的二次频率控制（消除静态误差），也有可能显着提高性能，减少瞬态功率损耗。这种损失的减少被证明是更大的在一个松散的互连网络比在一个高度互连的，而损失不依赖于连接，如果采用标准的下垂控制。此外，我们的研究结果表明，有一个最佳的调整的分布式PI控制器的损失减少。总的来说，我们的研究结果提供了一个额外的参数，有利于分布式算法在微电网中的二次频率控制。
2016-03-20 math.OC
Funnel cruise control
我们考虑车辆跟随问题，其中始终保证与领导车辆的安全距离，并且尽可能达到最喜欢的速度。我们引入漏斗巡航控制器作为一种新的通用自适应巡航控制机制，它是无模型的，并实现了上述控制目标。该控制器由速度漏斗控制器和距离漏斗控制器组成，速度漏斗控制器在领导车辆远离时直接调节速度，距离漏斗控制器在领导车辆接近时调节与领导车辆的距离，使得安全距离永远不会被违反。我们提供了一个严格的证明的整体控制器设计的可行性。漏斗巡航控制器通过模拟可能发生在日常交通中的三种不同场景来说明。
2019-07-09 math.OC
Global Asymptotic Stability for General Linear MIMO Distributed Systems: An Approach Based on Robust-Adaptive Controllers
稳定性是分布式线性多输入多输出系统的一个重要特征。全局渐近稳定性通常可以保证使用分散或分布式控制架构时，如果：（i）保守控制器的设计，（ii）集体稳定性条件得到满足，或（iii）相互作用项是中性的。本文扩展了集体稳定性方法，将自适应控制器，并表明，这种方法是不够的大增益互联系统。随后，我们表明，全球渐近稳定性可以系统地确保利用向量李雅普诺夫函数和代数Riccati方程。这导致了可扩展的分布式架构，其中本地控制器需要来自相应子系统和相邻控制器的信息。方便地，通信流具有与互连图相同的拓扑。理论结果通过所提出的架构的直流电网电压控制的应用程序进行了验证。
2018-03-05 math.OC
Design of Resource Agents with Guaranteed Tracking Properties for Real-Time Control of Electrical Grids
我们的目标是控制微电网的问题，在实时的小惯性。我们考虑一个中央控制器和一些资源，其中每个资源是负载、发电机或其组合，如电池。控制器基于电网的估计状态和总体目标并且服从安全约束来周期性地计算资源的功率设定点。每个资源都增加了一个资源代理，该资源代理a）实现控制器在资源上发送的设置点请求，以及b）将关于资源的设备特定信息转换为设备无关的表示并将其发送给控制器。我们专注于资源代理及其对整个系统的行为的影响。直觉上，为了使系统收敛到目标，资源代理应该服从来自控制器的请求，在这个意义上，实际实现的设置点应该接近所请求的设置点，至少平均而言。这在执行连续优化的控制器被用于（为了性能）控制离散资源（其具有可实现的设定点的离散集）时尤其重要。我们通过定义$c$ -有界累积误差的概念来形式化服从。然后，我们证明了它的有用性，通过提出理论结果（对于一个简单的场景）和仿真结果（对于一个更现实的设置）表明，如果系统中的所有资源代理有界累积误差，闭环系统平均收敛到目标。最后，我们展示了如何设计资源代理，可证明具有有限的累积误差的各种类型的资源，如资源的不确定性（例如，PV板）和具有可实现设定点的离散集的资源（例如，开关加热系统）。
2015-11-27 cs.MA math.OC
Development of a Model Predictive Airpath Controller for a Diesel Engine on a High-Fidelity Engine Model with Transient Thermal Dynamics
本文介绍了柴油机气道调节模型预测控制器（MPC）的开发结果。控制目标是通过操纵EGR阀和可变几何涡轮（VGT）来跟踪进气歧管压力和排气再循环（EGR）率目标，同时满足状态和控制约束。MPC控制器的设计和验证使用高保真发动机模型GT-Power。该控制器利用低阶率为基础的线性参数变化（LPV）模型的预测，这是确定从瞬态响应数据生成的燃气轮机功率模型。结果表明，瞬态发动机热动力学影响的气道动态，特别是进气歧管压力响应，然而，MPC表现出鲁棒性对这些热动力学建模的不准确性。特别是，我们表明，MPC可以成功地实现使用基于速率的预测模型与两个输入（EGR和VGT位置）确定的数据与稳态壁温动态，但是，闭环性能可以得到改善，如果预测模型（i）是从数据与瞬态热动态，（ii）有燃料喷射率作为额外的模型输入。此外，解决了跨发动机操作范围的MPC校准过程以实现改进的性能。由于MPC校准被证明是敏感的操作条件，提出了一种快速的校准过程。
2022-02-25 cs.SY eess.SY math.OC
Stability Margins of $\mathcal{L}_1$ Adaptive Controller: Part II
在本文的第一部分，我们已经开发了一种新的$\mathcal{L}_1$适应控制架构，使快速适应，并导致一致有界的瞬态和渐近跟踪系统的两个信号，输入和输出，同时。在本文中，我们推导出的稳定裕度的$\mathcal{L}_1$适应控制结构，包括时间延迟和增益裕度存在时变有界干扰。仿真验证了理论研究结果。
2006-08-15 math.OC
Robust Decentralized Secondary Frequency Control in Power Systems: Merits and Trade-Offs
University of Groningen（格罗宁根大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；National Renewable Energy Laboratory（国家可再生能源实验室）；Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出了一种去中心化的漏泄积分控制器，用于电力系统中的频率恢复，通过调节参数在性能与鲁棒性之间取得平衡。
2018-11-22 math.OC
Neural Network Optimal Feedback Control with Guaranteed Local Stability
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；NASA Langley Research Center（美国国家航空航天局兰利研究中心）；Naval Postgraduate School（海军研究生院）
最近的研究表明，监督学习可以成为设计高维非线性动态系统的近优反馈控制器的有效工具。但神经网络控制器的行为仍然没有得到很好的理解。特别是，一些具有高测试精度的神经网络甚至不能局部稳定动态系统。为了解决这一挑战，我们提出了几种新的神经网络架构，我们证明，保证本地渐近稳定性，同时保留近似能力，学习最优反馈策略半全局。所提出的架构进行了比较，对标准的神经网络反馈控制器，通过数值模拟的两个高维非线性最优控制问题：稳定的不稳定的Burgers型偏微分方程，和高度和航向跟踪的无人机。模拟表明，标准的神经网络即使训练良好也无法稳定动态，而所提出的架构总是至少局部稳定，并且可以实现接近最佳的性能。
2022-10-07 cs.LG cs.SY eess.SY
Performance Limitations of Distributed Integral Control in Power Networks Under Noisy Measurements
二次频率控制的分布式方法已经成为解决在具有日益分布式发电的电力网络中对更灵活的控制方案的需求的一种方式。分布式平均比例积分（DAPI）控制器提供了一种这样的方法。在本文中，我们分析了该控制器的瞬态性能，并具体解决了噪声频率测量下的性能问题。性能分析的H2范数度量，量化的同步瞬态中发生的功率损耗。虽然以前的研究表明，DAPI控制器表现良好，特别是在稀疏网络中，并与集中式平均PI（CAPI）控制器相比，我们的研究结果证明，加性测量噪声可能会对其性能和可扩展性产生显着的负面影响。这种影响被证明是减少与控制器的积分状态的增加节点间对齐，无论是通过增加增益或增加连接。然而，对于非常大和稀疏的网络，节点间对齐的要求是如此之大，以至于CAPI方法可能是优选的。总的来说，我们的研究结果表明，通过DAPI的分布式二次频率控制是可能的，并且在噪声测量下也可能表现良好，但需要仔细调整。
2018-02-28 math.OC
Reinforcement Learning for Distributed Transient Frequency Control with Stability and Safety Guarantees
本文提出基于强化学习的分布式暂态频率控制方法，结合Lyapunov稳定性与安全关键控制推导充分条件，并通过分布式动态预算分配降低保守性，在IEEE 39节点系统上验证了稳定性、安全性及最优性的提升。
2024-01-06 cs.SY eess.SY math.OC
Two-component controller design to safeguard data-driven predictive control
本文提出双组件控制器，结合数据驱动预测控制与高增益反馈，确保输出约束满足，并通过数值示例验证其有效性。
2025-05-25 math.OC
Guaranteed Safe Spacecraft Docking with Control Barrier Functions
本文提出了一种在安全约束和有界干扰下航天器与非机动目标对接的控制策略。干扰的存在防止收敛到一个独特的对接状态，所以在我们的配方中，对接被定义为发生在一组使用规定的公差构造。通过应用鲁棒控制屏障功能来确保安全性，以使指定的安全设置对任何允许的干扰保持不变。然而，这种安全策略必须假设最坏情况的干扰，因此当不存在最坏情况的干扰时，将轨迹限制在安全集的子集。所设计的控制器考虑了这一限制，并保证航天器在有限时间内保持安全并实现对接。然后，控制器进行了验证，在模拟航天器降落在小行星上，和两个航天器在低地球轨道对接。
2021-12-22 cs.SY eess.SY math.OC
Robustly Complete Synthesis of Memoryless Controllers for Nonlinear Systems with Reach-and-Stay Specifications
针对非线性系统的到达-停留控制问题，提出了一种新的鲁棒终止算法。该算法保证返回一个控制策略，如果规范是鲁棒可实现的。这样的特性是理想的，因为通常使用的基于抽象的方法是合理的，但对于不是增量稳定的系统来说是不完整的。所提出的方法的基础是相对于给定规范的系统的获胜集的定点表征，即，可以被控制以满足规范的初态。使用自适应分区方案不仅保证了获胜集的近似精度，而且减少了计算时间。几个基准测试的例子说明了有效性和效率。
2020-03-07 math.OC
On Symmetric Gauss-Seidel ADMM Algorithm for $\mathcal{H}_\infty$ Guaranteed Cost Control with Convex Parameterization
本文创新性地提出了一种对称Gauss-Seidel ADMM算法来解决H ∞保成本控制问题。在存在参数不确定性的情况下，H ∞保成本控制问题通常会导致大规模优化。这是由于所涉及的极端系统的数量相对于参数不确定性的数量呈指数增长性。通过Youla-Kucera参数化方法的一种变形，将稳定控制器参数化为凸集，从而将H ∞保性能控制问题转化为一个凸优化问题.基于一个适当的重新制定使用舒尔补，然后呈现可能的ADMM算法与对称高斯-赛德尔向后和向前扫描的使用。值得注意的是，这种方法消除了在许多H-无穷最优化问题中典型的经常令人望而却步的沉重计算负担，同时表现出良好的收敛保证，这对于所涉及的相关大规模优化过程尤其重要。该方法不仅保证了系统的鲁棒稳定性，而且在存在参数不确定性的情况下，系统的干扰抑制能力保持在最小值。更重要的是，由于所获得的有效性，该方法因此显然在各种重要的控制器综合问题中具有广泛的适用性，例如分散控制、稀疏控制和输出反馈控制问题。
2022-07-27 cs.SY eess.SY math.OC
Passivity guaranteed stiffness control with multiple frequency band specifications for a cable-driven series elastic actuator
Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robotics, Nankai University（天津智能机器人重点实验室，南开大学）
本文针对电缆驱动串联弹性执行器的刚度控制问题，提出了一种基于H∞综合方法的改进方案，通过在特定频率带内满足被动性、执行器限制、扰动抑制和噪声抑制等约束条件，提升了刚度控制的精度和鲁棒性。
2019-03-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Adaptive Robust Control Contraction Metrics: Transient Bounds in Adaptive Control with Unmatched Uncertainties
本文提出一种基于收缩理论的自适应鲁棒控制充分条件，允许收缩度量依赖未知参数，在在线学习未匹配不确定性时保证闭环跟踪误差瞬态有界，并适用于自适应模型预测控制。
2023-10-20 cs.SY eess.SY math.OC
Benchmarking the performance of controllers for power grid transient stability
Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；Università di Catania（卡塔尼亚大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）；Technical University of Dresden（德累斯顿工业大学）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动态与自组织研究所）
本文提出一个集中优化控制框架，用于评估控制器在保证电网稳定运行中的成本效率，并通过三种分布式控制器的实验验证了成本高效控制器在电网节点间分配响应的能力。
2018-08-06 cs.SY eess.SY math.OC
Model-Based Galerkin Lifting with Exact LTI Decomposition for Guaranteed $\mathcal{H}_\infty$ Output Feedback Control of Nonlinear Systems
Santa Clara University（圣克拉拉大学）
提出基于模型的Galerkin提升框架，通过精确LTI分解和残差界，实现非线性系统仅用测量误差的$\mathcal{H}_\infty$输出反馈控制，保证闭环稳定并优于反步法。
2026-10-07 cs.SY eess.SY math.OC
Robust output-feedback stabilization for incompressible flows using low-dimensional $\mathcal{H}_{\infty}$-controllers
基于输出的控制器是已知的模型不确定性是脆弱的。标准的$\mathcal{H}_{\infty}$ -控制理论提供了一种基于$\mathcal{H}_{\infty}$ -Riccati方程解的鲁棒控制器设计的一般方法。鉴于稳定不可压缩流的模拟，两个主要的挑战必须解决：高维性质的空间离散模型和微分代数结构，来与不可压缩性约束。本文研究了不可压缩流问题的低维鲁棒控制器的合成问题，给出了保证鲁棒裕度的低维鲁棒鲁棒控制器。的性能和鲁棒性的降阶控制器的线性化和模型降阶误差进行了研究，并在数值例子中示出。
2021-10-06 math.DS math.OC physics.flu-dyn
Transient Safety Filter Design for Grid-Forming Inverters
与传统发电机不同，基于逆变器的发电不具有任何旋转惯性。虽然电网形成逆变器可以通过先进的反馈控制回路合成小（虚拟）惯性，但需要额外的控制机制来确保电网在瞬态期间的安全性。在本文中，我们提出了新的实时安全约束反馈控制器（“安全滤波器”）下垂为基础的（电网形成）逆变器，以确保电网的瞬态安全。安全滤波器充当网络操作层和逆变器控制层之间的缓冲器，并且仅让那些调度控制信号传递到逆变器下垂控制器，其保证不违反安全规范（频率、电压、电流限制）。使用分布式屏障证书的方法，我们构造的允许控制输入，保证瞬态安全规格的满足状态包含的界限。采用平方和规划法综合安全滤波器。数值仿真结果表明，所提出的滤波器在基于逆变器的微电网的性能。
2020-03-23 cs.SY eess.SY math.OC
Model Reference Adaptive Control Allocation for Constrained Systems with Guaranteed Closed Loop Stability
针对具有执行器饱和的不确定过驱动系统，提出了一种自适应控制分配方法。所提出的方法不需要不确定性估计或持续激励假设。使用逐单元非对称投影算法，自适应参数被限制为满足一定的最优性条件，从而使整个闭环系统稳定。此外，提出了一种具有时变滑模面的滑模控制器，与自适应控制分配相结合，以保证外环的稳定性和参考跟踪存在控制分配误差和干扰。以研究环境中的Aerodata模型作为过驱动系统，在执行器饱和的情况下进行了仿真，验证了所提方法的有效性。
2019-09-22 cs.SY eess.SY math.OC
FaSTrack: a Modular Framework for Real-Time Motion Planning and Guaranteed Safe Tracking
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
实时的【形】有保证的安全轨迹规划对于未知环境中的导航至关重要。然而，实时的【形】导航算法通常为了计算速度而牺牲鲁棒性。可替代地，可证明安全的轨迹规划对于实时的【形】重新规划而言往往是计算密集型的。我们提出了快速和安全的跟踪，一个框架，实现了实时的【形】重新规划和保证安全。在这个框架中，通过允许任何轨迹规划器使用系统的简化\textit{planning model}来实现实时的【形】计算。该计划由系统跟踪，由更真实、更高维的\textit{tracking model}表示。我们预先计算的跟踪误差界（TEB）由于两个模型之间的不匹配，由于外部干扰。我们还得到了相应的跟踪控制器用于停留在TEB。预先计算不需要环境的先验知识。我们使用Hamilton-Jacobi可达性进行预计算，并使用三种不同的跟踪规划模型对进行三种不同的实时的【形】轨迹规划。
2021-03-13 cs.RO math.OC
Closed-Form Trajectories of the Unicycle
本文提出了一种方法来稳定某种非线性控制系统称为漂移，利用\textit{Pseudo-Kinetic Energy}的概念，在这项工作中介绍。一旦这个控制器被应用到独轮车型机器人，稳定性得到保证，与控制器的结构允许解决封闭形式的车辆的轨迹的显着属性。虽然所提出的控制器只确保稳定性（而不是渐近稳定性），所获得的封闭形式的解决方案将显示一个路径，以获得封闭形式的解决方案的一般控制问题的单稳态。最后给出了一些结论和未来的研究方向。
2009-06-08 math.DS math.OC
A family of virtual contraction based controllers for tracking of flexible-joints port-Hamiltonian robots: theory and experiments
University of Groningen（格罗宁根大学）
在这项工作中，我们提出了一个建设性的方法来设计一个家庭的虚拟收缩为基础的控制器，解决了标准的轨迹跟踪问题的柔性关节机器人（FJR）的端口哈密顿（pH）框架。所提出的设计方法，称为虚拟收缩控制（v-CBC），结合了虚拟控制系统和收缩分析的概念。结果表明，在势能匹配条件下，闭环虚拟系统是收缩的，并保证指数收敛到一个预定义的轨迹。此外，闭环虚拟系统表现出的性质，如结构保持，微分无源性和（增量）被动映射的存在。
2020-02-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Polynomial Chaos-Based Flight Control Optimization with Guaranteed Probabilistic Performance
针对飞行动力学系统，提出了一种基于多项式混沌展开和优化的概率性能控制器设计方法。与保守处理不确定性的鲁棒控制技术不同，所提出的方法旨在有效地传播不确定性并优化控制参数以直接满足概率要求。为了实现这一点，违反概率的灵敏度进行评估的展开系数和四阶矩法的可靠性分析，然后进行优化，最大限度地减少故障概率下的机会约束。最后，用一个时间相关的多项式混沌展开来验证结果。通过这种方法，在保证闭环性能的同时降低了故障概率，从而增加了安全裕度。对一个参数不确定的纵向模型进行了仿真，验证了该方法的有效性。
2020-11-10 cs.SY eess.SY math.OC
Setpoint control of bilinear systems from noisy data
针对未知双线性系统仅靠含噪输入-状态数据设计控制器的难题，提出两种场景下以线性矩阵不等式形式的控制器方案，可实现设定点调节与有保证吸引域，且经Cuk变换器数值验证有效。
2024-04-04 cs.SY eess.SY math.DS
Stability analysis of Model Predictive Controllers using Mixed Integer Linear Programming
Linköping University（林雪平大学）
本文提出一种基于混合整数线性规划的工具，用于分析线性系统中模型预测控制器闭环稳定性，通过优化问题提供稳定性充分条件。
2016-04-04 cs.SY eess.SY math.OC
Secondary Controller Design for the Safety of Nonlinear Systems via Sum-of-Squares Programming
针对对抗信号下的非线性多项式控制系统，提出基于 Lyapunov 可达性与 SOS 规划的安全验证条件，并在安全无法保证时综合多项式次级控制器，仿真验证了有效性。
2023-04-20 cs.SY eess.SY math.OC
Tube-based Guaranteed Cost Model Predictive Control Applied to Autonomous Driving Up to the Limits of Handling
控制技术的发展，以保持车辆的稳定性下可能失去控制的情况下，是必不可少的自主地面车辆在公共场景中的安全部署。在本文中，我们提出了一种基于管的保证成本的模型预测控制器的自动驾驶汽车能够避免前后轮胎饱和，并跟踪提供的参考轨迹的车辆的处理的限制。这种方法确保车辆将保持在其安全操作范围内;因此，保证车辆的稳定性和性能，包括紧急情况下可能需要的高动态机动。我们还提出了一个新的保守逼近的非线性车辆动力学的线性系统的范数有界乘性不确定性和一个新的最大鲁棒可控不变集的车辆动力学。它包括一个更大的可行状态空间区域相比，以前提出的不变集。最后，我们提出了所提出的方法的性能的模拟和车载结果。
2020-12-09 cs.SY eess.SY math.OC
A Reinforcement Learning Approach for Transient Control of Liquid Rocket Engines
German Aerospace Center (DLR) Institute of Space Propulsion（德国航空航天中心（DLR）航天推进研究所）
如今，液体火箭发动机在最接近稳定的操作条件下使用闭环控制。由于高度非线性的系统动态特性，传统上在开环中执行瞬态阶段的控制。这种情况是不能令人满意的，特别是对于可重复使用的发动机。由于外部干扰或发动机部件随时间的退化，开环控制系统不能提供最佳的发动机性能。在本文中，我们研究了一种深度强化学习方法，用于通用燃气发生器发动机连续启动阶段的最优控制。结果表明，学习策略可以达到不同的稳态工作点，令人信服地适应不断变化的系统参数。包括仔细调整开环序列和PID控制器的定量比较。深度强化学习控制器实现了最高性能，并且仅需要最小的计算工作量来计算控制动作，这与需要在线优化的方法（例如模型预测控制）相比具有很大的优势。控制
2020-06-19 cs.LG cs.SY eess.SY
Adaptive Systems with Closed-loop Reference Models: Stability, Robustness and Transient Performance
The Boeing Company（波音公司）
利用闭环参考模型中的额外设计自由度，提出一种具有改进瞬态特性的稳定自适应控制器，并通过数值研究验证理论。
2012-10-30 cs.SY eess.SY math.OC
SafEDMD: A Koopman-based data-driven controller design framework for nonlinear dynamical systems
University of Stuttgart, Institute for Systems Theory（斯图加特大学系统理论研究所）；Chemnitz University of Technology, Faculty of Mathematics（化学工业大学数学学院）
SafEDMD是一种基于Koopman算子的数据驱动控制器设计框架，通过半定规划和比例误差界实现非线性系统的稳定控制。
2025-10-30 cs.LG cs.SY eess.SY
