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实际工程系统几乎都是非线性系统,因此研究非线性系统具有很大的意义。近些年来,非线性系统控制方法取得了很大的进步,其中基于backstepping的设计方法收到了广泛的关注。本文在国内外关于严格反馈非线性系统的研究基础上,应用backstepping技术、容错控制理论和随机理论,研究了一类严格反馈不确定系统的输出反馈容错控制问题和一类互联随机非线性系统的分散跟踪控制问题。
首先,考虑了一类严格反馈不确定的非线性系统的容错控制问题,其中非线性函数依赖于不可测的系统状态。对于连续的非线性系统,通过引入高增益观测器,可以准确的估计出系统的状态和不确定参数。通过结合估计出的状态和切换容错控制策略,基于一系列的监控函数设计出容错控制器,使得即使在有故障的情况下跟踪误差仍然满足预设性能。针对非线性的采样系统,引入采样观测器估计系统的状态,并取预设性能界作为监控函数来检测系统的故障,给出切换容错策略可以保证系统的跟踪误差最终收敛到零点附近的邻域内。最后,通过借助Lyapunov理论,所有的信号都可以被保证是有界的,且跟踪误差满足想要的跟踪性能。
其次,考虑了一类严格反馈的互联随机非线性系统的跟踪控制问题,其中互联项依赖于各个子系统的状态。对于含有匹配互联的随机系统,一种新的分散控制策略被提出,其中引入修改的补偿机制去补偿未知的互联,并给出了基于光滑的切换函数的自适应控制律。随后,将匹配互联的结果扩展到含非匹配互联的随机系统,对每一个虚拟控制器引入自适应切换率和补偿机制用来补偿未知的互联项。在两种情况下,通过引入四次Lyapunov函数并结合图论,可以得到系统的闭环信号都是有界的,且跟踪误差收敛一个半径可调的紧集内。
最后,对于研究的两类严格反馈非线性系统,通过仿真算例证明了所提出的方法的可行性和有效性。
首先,考虑了一类严格反馈不确定的非线性系统的容错控制问题,其中非线性函数依赖于不可测的系统状态。对于连续的非线性系统,通过引入高增益观测器,可以准确的估计出系统的状态和不确定参数。通过结合估计出的状态和切换容错控制策略,基于一系列的监控函数设计出容错控制器,使得即使在有故障的情况下跟踪误差仍然满足预设性能。针对非线性的采样系统,引入采样观测器估计系统的状态,并取预设性能界作为监控函数来检测系统的故障,给出切换容错策略可以保证系统的跟踪误差最终收敛到零点附近的邻域内。最后,通过借助Lyapunov理论,所有的信号都可以被保证是有界的,且跟踪误差满足想要的跟踪性能。
其次,考虑了一类严格反馈的互联随机非线性系统的跟踪控制问题,其中互联项依赖于各个子系统的状态。对于含有匹配互联的随机系统,一种新的分散控制策略被提出,其中引入修改的补偿机制去补偿未知的互联,并给出了基于光滑的切换函数的自适应控制律。随后,将匹配互联的结果扩展到含非匹配互联的随机系统,对每一个虚拟控制器引入自适应切换率和补偿机制用来补偿未知的互联项。在两种情况下,通过引入四次Lyapunov函数并结合图论,可以得到系统的闭环信号都是有界的,且跟踪误差收敛一个半径可调的紧集内。
最后,对于研究的两类严格反馈非线性系统,通过仿真算例证明了所提出的方法的可行性和有效性。