几类不确定非线性切换系统的反馈控制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chuan9931
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切换系统是一类特殊的混杂系统,工程应用背景广泛,因此对切换系统的研究有着重要的意义。一方面,系统中存在不确定参数、未知控制方向、随机干扰,以及不可测状态等因素,往往会使得系统的性能恶化,甚至导致系统不稳定。另一方面,连续变量动态和离散事件动态的相互作用使得系统动态行为更加复杂。因此,对切换系统的控制器设计和稳定性分析问题亟待解决。本文利用增加幂积分法、齐次占优方法、动态增益技术和Lyapunov稳定性理论,研究了几类非线性切换系统若干控制问题。论文主要内容包括以下五个方面:(1)研究了一类非线性切换系统的全局镇定问题,其中系统的非线性项满足不同齐次增长条件。根据齐次系统理论,利用齐次占优方法和增加幂积分法,对每个子系统设计齐次状态控制器。通过选取合适的切换律,可使得整个闭环系统全局渐近稳定。最后,利用数值模拟仿真验证了所提控制方法的有效性。(2)研究了一类非线性切换时滞系统的全局状态反馈镇定问题。利用动态增益技术来降低控制策略的保守性和简化控制器的形式。基于多Lyapunov函数方法和增加幂积分法,设计了与时滞无关的且保守性较低的动态状态反馈控制器和切换律。利用Lyapunov稳定性理论以及Barbalat引理,证明了非线性切换时滞系统的所有信号都是有界的,且系统状态能全局渐近收敛到原点。利用数值模拟仿真验证了所提控制方法的有效性。(3)考虑了一类输出函数未知的非线性切换系统输出反馈控制问题,其中系统的非线性项满足线性增长条件且增长率未知。对未知的系统状态,构造了基于动态增益的全维观测器。利用反步法设计,设计了一种自适应输出反馈控制器。根据Lyapunov稳定性理论,可知闭环系统的所有信号均有界且系统的状态渐近收敛到原点。数值仿真验证了所提方法的有效性。(4)研究了一类随机非线性切换系统的自适应输出反馈控制问题,其中系统的漂移项和扩散项满足未知线性增长条件。利用反步法,构造齐次观测器和输出反馈控制器。借助随机Lyapunov稳定性定理,证明了闭环系统的状态依概率收敛至原点,同时系统所有信号均依概率有界。最后,通过数值仿真验证了该方法的有效性。(5)针对高超系统的控制方向不确定与执行器故障问题,基于Nussbaum型增益技术,设计了一种自适应切换容错控制策略。该自适应切换机制能保证整个闭环系统处于负反馈形式。针对系统的不确定性与执行器故障,采用RBF神经网络来估计这些未知信息,通过Lyapunov函数来证明整个闭环系统的稳定性。最后,通过Matlab仿真验证了此容错控制的有效性。
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