不确定非线性系统的自适应切换控制及其应用

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本文基于自适应Backstepping方法和Lyapunov稳定性理论,研究了任意切换下的不确定非线性切换系统的稳定性问题。本文从两个部分展开讨论:第一部分主要讨论了如何使不确定非线性切换系统的跟踪误差收敛到已知精度的平衡点的范围内;第二部分主要考虑如何实现非线性参数化切换系统的状态在有限时间内收敛到平衡点,即保证闭环系统的有限时间稳定性。论文的主要内容概括如下:第一部分考虑跟踪精度已知的不确定非线性切换系统的跟踪控制问题。首先讨论了线性参数化系统的跟踪控制问题:通过引入两个双边光滑的函数,结合Backstepping方法和Lyapunov稳定性理论,设计出满足所有子系统的公共Lyapunov函数和自适应控制器;其次,将上述算法推广到更具有普适性的系统上,研究了非线性参数化切换系统的跟踪控制问题:利用变量分离原理将未知参数从非线性参数化函数中分离,将其转化为线性参数化系统,在已有算法基础上,重新设计一个公共Lyapunov函数和自适应控制器;最后,通过仿真实验结果表明上述两种控制方法都是有效的。这两种算法不仅证明了系统的所有信号有界,而且保证了系统的最终跟踪误差收敛到平衡点的给定小邻域内,进而由Barbalat引理证明了系统的渐近稳定性。第二部分进一步讨论上述非线性参数化切换系统的有限时间控制问题:首先,基于加幂积分器方法和Lyapunov稳定性理论,设计一个含有幂函数项的公共Lyapunov函数;其次,利用变量分离方法处理非线性参数项,简化系统控制器设计的复杂度;然后,基于Backstepping方法,提出了一个自适应有限时间控制方案;最后,通过数值实例说明了该方法是可行的和有效的。该算法证明了闭环系统是全局有限时间稳定的,并保证了闭环系统的所有状态在有限时间内收敛到零点。
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