具有输入量化的非线性系统自适应输出反馈控制研究

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近年来,随着人们对非线性控制研究的不断深入,网络控制已经被广泛地应用到各种非线性系统的控制中.而网络由于受到带宽的限制,在一定时间内只能传输有限量数据,因此为了避免传输过程中发生拥堵、数据缺失等现象,在数据传输前需要先对其进行量化和编码,从而提高网络的传输性能.因此控制信号只有在被量化后才能传输给受控系统.由此导致的量化误差很大程度上影响着系统稳定性.因此,在非线性系统设计时,考虑如何消除信号量化对系统的稳定性产生的影响,是至关重要的事情.此外,实际的非线性系统中往往存在未建模动态,如何保证系统在未建模动态条件下的稳定性,是保证系统性能的关键所在.同时,为了有效地控制系统,系统的状态或输出在运行时也需要一定的约束.因此,研究当系统存在未建模动态和控制信号被量化时,如何保证系统稳定且系统输出满足输出约束,具有重要的理论和实际意义.本文针对几类含有输入量化、状态未建模动态和输出约束的非线性系统分别提出了几种不同的控制策略.具体研究内容如下:(1)针对一类含有输入量化、状态未建模动态和输出约束的不确定非线性系统,提出了一种新的自适应输出反馈控制策略.通过引入一种同时具备滞回量化器和均匀量化器优点的新的量化器处理输入信号,利用障碍Lyapunov函数处理输出约束,利用Lyapunov刻画处理状态未建模动态,采用径向基函数神经网络(RBFNNs)逼近系统设计时出现的未知非线性函数,设计K滤波器估计不可测的系统状态.将新量化器与动态面技术相结合,极大地简化了控制器的设计.稳定性分析证明了闭环系统是稳定的且输出约束是有效的.数值仿真结果证明控制策略是有效的.(2)针对一类含有输入量化、状态未建模动态和时变输出约束的非线性互联系统,提出了一种新的分散自适应输出反馈控制策略.利用分散滞回量化器处理控制信号,利用K滤波器估计不可测量的系统状态,通过引入一一对应的非线性映射将有约束的非线性系统转换成没有约束的非线性系统.将双曲正切函数与动态面技术相结合,设计出结构更为简单的分散控制器.稳定性分析证明所有闭环系统信号都是半全局一致终结有界的,且系统输出满足限制条件.弹簧相连的三个倒立摆系统的数值仿真结果表明提出的控制策略是有效的.(3)研究了一类含有输入量化、状态未建模动态和时变输出约束的严格反馈系统的输出反馈控制问题,提出了一种新的自适应输出反馈控制策略.利用滞回量化器处理输入信号,利用动态信号处理未建模动态,引入非线性映射将有约束的非线性系统转换成无约束的非线性系统,设计高增益观测器估计不可测量的状态.结合动态面方法与双曲正切函数设计出一个结构简单的控制器.理论分析表明,闭环系统中的所有信号均半全局一致终结有界,系统输出满足时变约束条件.数值仿真的结果表明控制策略是有效的.
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