【摘 要】
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在实际控制系统中,因为被控对象本身或所处环境的物理局限性,往往会约束控制系统的输出或状态。与此同时,控制系统的性能是考察控制器是否有效的关键评判因素。所以,研究面向性能的非线性系统约束控制问题具有重要的意义和价值,并且取得了一定的研究成果,但依然存在未解决的难题,即:现有基于障碍李雅普诺夫函数的控制方法通过约束跟踪误差来实现对系统输出的约束,要求系统输出初始值必须限制在一个比给定约束区间更小的区域
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在实际控制系统中,因为被控对象本身或所处环境的物理局限性,往往会约束控制系统的输出或状态。与此同时,控制系统的性能是考察控制器是否有效的关键评判因素。所以,研究面向性能的非线性系统约束控制问题具有重要的意义和价值,并且取得了一定的研究成果,但依然存在未解决的难题,即:现有基于障碍李雅普诺夫函数的控制方法通过约束跟踪误差来实现对系统输出的约束,要求系统输出初始值必须限制在一个比给定约束区间更小的区域内,这使得所提控制算法有较大保守性。本文着重研究非线性系统的约束控制和预定跟踪性能两个方面,解决了系统的输出约束与预定跟踪性能不能两全的问题,有效地降低了控制器对系统输出初始值的要求。具体研究内容如下:（1）针对一类含有输出约束和外界干扰的不确定非线性系统,设计了一种具有预定跟踪精度的自适应控制方案。该方案通过结合一类光滑函数和辅助函数替代符号函数,并根据系统的预定跟踪精度,构造了一个新的障碍李雅普诺夫函数。所提控制方案不仅可以满足给定的系统输出约束要求,同时使得输出跟踪误差收敛到预定的精度范围。与以往基于障碍李雅普诺夫函数的控制方案相比,所提控制方案有效地降低了控制器对系统输出初始值的要求。（2）研究一类具有输出约束和外界干扰的不确定非线性系统的自适应控制问题。提出了一种新的光滑函数,不同于现有文献,该光滑函数n阶可导。因此可以简化障碍李雅普诺夫函数的设计过程,使得该函数更具有一般性,通过构造障碍李雅普诺夫函数确保系统输出值在限定范围内,与此同时,还保证了跟踪误差收敛到预定的残差集。所提障碍函数可以将输出跟踪误差的约束边界设置为较小值的同时,扩大系统输出初始值的取值范围。（3）研究一类含有输出约束的严格反馈型非线性系统的预定跟踪性能控制问题。结合系统的输出约束条件和预定性能要求,设计了一种新的坐标变换,以确保系统输出保持在给定约束区间内,与此同时,满足预定的稳态性能和暂态性能要求。所提控制算法有效地降低了控制器对系统输出初始值的要求。
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