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由于控制系统元器件的物理局限性、系统的性能需求、安全需要以及环境保护等因素的影响,实际控制系统会受到各种形式的约束特性的限制。近年来,状态、输出受约束非线性系统的跟踪控制问题受到了广泛的关注。为了更好的满足工程应用需求以及完善现有的非线性系统理论,有必要针对状态、输出受约束的非线性系统深入研究其各类控制问题。本文利用障碍Lyapunov函数与其他各种先进控制技术相结合研究状态、输出受约束非线性系统的跟踪控制问题,主要研究成果包括:1.针对全状态约束的纯反馈非线性系统,利用基于障碍Lyapunov函数的自适应反步递推控制方法与动态面相结合设计了跟踪控制器。所设计的控制器在满足状态约束的前提下保证了闭环系统的所有信号最终有界,并且跟踪误差收敛于原点的任意小的邻域内。动态面的引入避免了反步设计中虚拟控制量的高阶求导,简化了控制器的设计过程,降低了控制的复杂性。2.针对一类含有非对称时变全状态约束的严格反馈非线性系统,在系统参数完全已知和存在不确定性两种情况下,基于时变非对称障碍Lyapunov函数设计了跟踪控制器。提出了一种消除反步递推设计所带来的高阶耦合项的方法,两种情况下系统在满足时变全状态约束的前提下都实现了渐近跟踪。对于含有输入饱和及有界扰动的状态受约束严格反馈非线性系统,所设计的控制方案可以保证跟踪误差收敛于原点的有界小邻域内。3.针对一类含有时变非对称全状态约束的纯反馈非线性系统,利用基于障碍Lyapunov函数的自适应反步递推控制方法研究了其跟踪控制问题。利用均值定理将纯反馈非线性系统转换为含有非映射项的严格反馈非线性系统。对于变换后的严格反馈非线性系统,利用时变非对称障碍Lyapunov函数来保证状态时变约束条件的满足。约束边界条件可以随着跟踪轨迹的变化而实时地变化,从而有效地放松了对于初始条件的要求。所提出的控制方案在满足约束条件的前提下保证了闭环系统的所有信号有界,即使在存在扰动的情况下,跟踪误差仍可以收敛于原点的一个任意小的邻域内。4.针对严格反馈非线性系统的有限时间跟踪控制问题,分别就全状态静态约束及时变输出约束两种情况进行了研究。利用新的正切型障碍Lyapunov函数保证输出或虚拟状态跟踪误差的有界性。通过构造新的调节函数,利用扩展的有限时间稳定性条件来消除不确定性的影响。所提出的基于障碍Lyapunov函数的反步递推控制方案可以保证在满足状态或输出约束的前提下系统输出跟踪误差在有限时间内收敛于原点的一个小邻域内。5.针对控制方向未知的含有时变不确定参数和未知时变有界扰动的全状态约束非线性系统,基于障碍Lyapunov函数提出了一种新的反步自适应设计方法。障碍Lyapunov函数保证了全状态约束条件的满足;Nussbaum型函数的引入解决了系统控制方向未知的问题;光滑投影算法保证了不确定时变参数的有界性。所设计的自适应鲁棒控制器能在满足状态约束的前提下确保闭环系统的所有信号有界。通过恰当地选取设计参数,可以保证系统的跟踪误差趋近于原点的任意小的邻域内。