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本文将复合非线性反馈控制技术引入输入受限线性系统的输出调节问题,研究了复合非线性反馈控制器构造方法及其可解性条件,有效地提高了伺服系统的瞬态性能。
对输入受限线性系统输出调节问题的研究,早期的结果主要集中在稳定线性系统的全局或半全局解,提出了诸如低增益反馈控制等算法,取得很好的效果。但输入受限一般线性系统的输出调节问题很难找到或根本没有全局和半全局解,因此人们开始寻求问题的局部解并最大化可调节域。其中一个重要的成果就是输出调节切换控制,切换控制器能够取得较好的稳态性能同时具有较大的可调节域,但瞬态性能略显不足。本文基于切换控制算法来构造复合非线性反馈控制器从而提高动态性能。
首先,本文提出了状态反馈复合非线性反馈控制(简称CNF),其主要由两部分构成:伺服控制部分和非线性反馈补偿部分。其中伺服控制部分根据输出调节切换控制算法来构造,用于快速地跟踪信号或抑制扰动并取得较好的稳态性能;非线性反馈补偿部分则在系统输出接近控制目标时,减小因伺服控制部分引起的超调。正是由于非线性反馈补偿的引入才使得闭环系统的瞬态性能得以提高。同时,本文证明非线性反馈补偿的引入并不影响输出调节问题的可解性条件。
在状态反馈的基础上,本文对输出反馈的情形做了进一步的分析,给出了输出反馈形式下基于复合非线性反馈控制输入受限线性系统输出调节问题的可解性条件及其设计步骤。其次通过对二阶数值实例进行仿真,验证了复合非线性反馈控制器能有效地提高系统的瞬态性能。本文还将复合非线性反馈控制运用到飞行器的扰动抑制问题中,进一步说明了控制算法的实用性,不仅能够运用在简单的二阶线性系统,同样适用于结构更为复杂的高阶系统。最后对全文工作进行了总结,并指出了下一步可深入研究的方向。