一类非线性系统的输出反馈控制研究

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在实际工程的控制系统中,非线性是广泛存在的。随着现代工程系统的复杂化,对于非线性系统的研究已经成为了人们普遍关注的热点之一。近几十年来,人们对基于Backstepping的非线性系统的控制方法设计进行了大量的研究,并且取得了一些显著的成果。本文通过应用Backstepping技术、动态面技术以及自适应控制理论等,研究一类严格反馈不确定非线性系统的基于Backstepping技术的输出反馈控制问题。并在此基础上进一步提出针对该非线性系统的基于动态面技术的自适应输出反馈渐近跟踪控制方法。首先,本文研究一类具有未知参数的严格反馈不确定非线性系统的自适应输出反馈反步控制问题。提出一个简化的基于自适应高增益观测器的输出反馈控制方法以实现期望的跟踪性能,其中的自适应高增益观测器是用于联合估计系统的未知状态和参数。与其他经典的方法相比,本文所提出的控制策略不需要在每一步设计自适应更新律来估计系统的未知参数,因此大大地减少计算负担。同时,本文中系统的非线性函数允许包含系统的状态,而不是仅仅依赖于系统可测量的输出。另一方面,与使用模糊控制或者神经网络的输出反馈控制方法相比,本文不采用任何逼近技术,以取得全局的跟踪控制结果。此外,通过Lyapunov分析方法,证明系统的跟踪误差是全局有界的,其范围可通过选择不同的控制器设计参数来调节。之后通过借助仿真算例说明了该方法的有效性。其次,在上一个结果的基础上进行改进,研究一类具有严格反馈形式的不确定非线性系统的基于动态面技术的自适应输出反馈渐近跟踪控制问题。通过使用非线性滤波器,设计一个改进的基于自适应高增益观测器的动态面输出反馈控制器来达到渐近跟踪的目的。与之前结果不同的是,本文所提出的控制策略使用动态面技术,将虚拟控制器通过一个正时变积分函数的非线性滤波器,因此不仅有效的避免了传统反推过程中带来的“计算膨胀”问题,而且能够实现渐近跟踪的性能。此外,通过Lyapunov方法,证明闭环系统的所有信号都是有界的,同时跟踪误差渐近收敛到零,取得了渐近跟踪的效果,并通过仿真结果验证了该方法的有效性。
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