非線性系統(tǒng)控制的魯棒與自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法.pdf

1、在實(shí)際應(yīng)用中，非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問題是我們僅知道被控對(duì)象的部分動(dòng)態(tài)信息，無法獲得被控對(duì)象的精確模型，所建立的模型要反映實(shí)際的被控對(duì)象，就必然存在未知項(xiàng)和不確定項(xiàng)。自上世紀(jì)50年代以來，不確定非線性系統(tǒng)的控制引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。如果在控制器設(shè)計(jì)階段沒有恰當(dāng)?shù)靥幚磉@些不確定項(xiàng)，可能會(huì)使得被控系統(tǒng)的性能明顯地惡化，甚至造成整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定?？刂破鞅仨毮軌蛱幚磉@些未知項(xiàng)或不確定項(xiàng)，因而估計(jì)和魯棒是設(shè)計(jì)一個(gè)成功的控制器的關(guān)鍵。自適應(yīng)控制和魯

2、棒控制及其相結(jié)合的控制器是能夠處理這些未知項(xiàng)或不確定項(xiàng)，以獲得期望的暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度行之有效的方法。
　　 針對(duì)未知項(xiàng)和(或)不確定項(xiàng)在系統(tǒng)中出現(xiàn)的形式不同，本論文主要研究了半嚴(yán)格反饋型非線性系統(tǒng)和非線性參數(shù)化的非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制問題。以非線性魯棒控制為基礎(chǔ)，采用基于不連續(xù)投影的參數(shù)估計(jì)器設(shè)計(jì)自適應(yīng)魯棒控制器，使半嚴(yán)格反饋型非線性系統(tǒng)在保持穩(wěn)定的同時(shí)滿足一定的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能要求。對(duì)于非線性參數(shù)化的非線性系統(tǒng)，采用

3、基于浸入和不變?cè)淼淖赃m應(yīng)控制，通過選擇合適的估計(jì)器調(diào)節(jié)函數(shù)(β(·))，使得非線性參數(shù)化部分單調(diào)化，以實(shí)現(xiàn)非線性參數(shù)化的非線性系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定。主要研究內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：
　　 (1)針對(duì)一類半嚴(yán)格反饋犁非線性系統(tǒng)，所考慮的不確定項(xiàng)包括參數(shù)化不確定項(xiàng)和其他的非線性不確定項(xiàng)一狀態(tài)依賴的、時(shí)間依賴的和動(dòng)態(tài)的，將帶有結(jié)構(gòu)化信息的和未知結(jié)構(gòu)化信息的動(dòng)態(tài)不確定項(xiàng)進(jìn)行區(qū)分，提出基于不連續(xù)投影的自適應(yīng)魯棒控制算法，實(shí)現(xiàn)全局穩(wěn)定，同時(shí)可以保

4、證魯棒動(dòng)態(tài)性能。
　　 (2)針對(duì)一類帶有未知正弦信號(hào)擾動(dòng)的半嚴(yán)格反饋型非線性系統(tǒng)，所考慮的未知正弦擾動(dòng)信號(hào)，除了幅值和初相未知外，頻率亦未知，僅知道產(chǎn)生正弦信號(hào)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的階數(shù)，將非線性觀測器與基于不連續(xù)投影的自適應(yīng)魯棒控制相結(jié)合，構(gòu)建面向性能的控制器。
　　 (3)針對(duì)受到廣義周期擾動(dòng)信號(hào)影響的一類半嚴(yán)格輸出反饋型非線性系統(tǒng)，構(gòu)造觀測器來實(shí)現(xiàn)對(duì)不可測狀態(tài)信號(hào)的指數(shù)估計(jì)，用已知的基函數(shù)來逼近未知的廣義周期信號(hào)，不連續(xù)型

5、投影自適應(yīng)律用于在線調(diào)節(jié)基函數(shù)的幅值以漸近地恢復(fù)未知廣義周期信號(hào)。對(duì)于未知初始條件產(chǎn)生的估計(jì)誤差，未補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)和不確定非線性項(xiàng)，通過輸出自適應(yīng)魯棒學(xué)習(xí)控制backstepping方法確定的魯棒反饋控制在每一步有效地處理掉。設(shè)計(jì)的控制器對(duì)于輸出跟蹤達(dá)到很好的暫態(tài)性能和給定的穩(wěn)態(tài)跟蹤精度。(4)對(duì)非線性參數(shù)化的非線性系統(tǒng)提出了一個(gè)新的設(shè)計(jì)框架。通過使得非線性參數(shù)化函數(shù)單調(diào)化的方法，使單調(diào)化成為一種設(shè)計(jì)工具。這種設(shè)計(jì)方法不需要狀態(tài)依賴的切換。