【摘 要】
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绝大多数实际系统都是非线性系统,且呈现出约束特性:一方面,受系统组成元件的物理限制,系统的执行器输出常表现出死区、饱和等非光滑的约束特性;另一方面,出于安全等因素考虑,系统的输出或状态往往需要被限制在一定范围.此外,非线性系统大多带有不确定性,且运行环境中可能存在外部扰动,这都是影响系统性能的不良因素.传统控制算法基于固定步长采样来驱动,当系统受上述不良因素影响时,为了维持性能,需要将采样周期设置
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绝大多数实际系统都是非线性系统,且呈现出约束特性:一方面,受系统组成元件的物理限制,系统的执行器输出常表现出死区、饱和等非光滑的约束特性;另一方面,出于安全等因素考虑,系统的输出或状态往往需要被限制在一定范围.此外,非线性系统大多带有不确定性,且运行环境中可能存在外部扰动,这都是影响系统性能的不良因素.传统控制算法基于固定步长采样来驱动,当系统受上述不良因素影响时,为了维持性能,需要将采样周期设置的足够短,不仅加重了通信负担,也造成了能源浪费.本文针对带有约束特性的非线性系统的跟踪问题,围绕跟踪性能和通讯负担两个方面展开研究,主要完成工作如下:1.针对一类状态受限纯反馈非线性系统,研究了其基于事件驱动的实用跟踪控制器设计问题.通过基于状态依赖函数的变换解决了系统的全状态时变约束问题,采用动态面技术避免了反推设计中对虚拟控制器的反复求导,降低了控制设计的复杂度.由于系统带有不确定性和连续扰动,设计了基于神经网络的自适应事件驱动控制器.为了提高系统的跟踪性能,在控制设计中引入了基于比例函数的误差变换,使系统输出能够完成指定精度的跟踪.2.针对一类状态受限与输入饱和全驱动船舶,研究了其基于事件驱动的预设性能跟踪控制问题.通过使用对数型障碍Lyapunov函数保证了状态约束,并通过设计辅助系统补偿了输入饱和对系统性能的影响.在控制设计中,将基于速度函数的误差变换和反推设计相结合,提出了能够保证预设性能的事件驱动固定时间自适应跟踪控制方案,该方案可以实现船舶系统的位置输出在指定时间完成预设精度的跟踪,且跟踪误差的收敛速度可调.3.针对一类控制方向未知且带有非线性死区和输入饱和的状态受限不确定严格反馈非线性系统,研究了其基于事件驱动的预设性能跟踪控制问题.通过使用光滑逼近,消除了输入约束的非光滑特性,并进一步通过模糊系统补偿了系统不确定性.最后基于对数型障碍Lyapunov函数和Nussbaum增益技术提出了能够保证预设性能的事件驱动固定时间自适应跟踪控制策略.在控制设计中,该策略共分为两个阶段,第一阶段使系统输出在指定时间内以给定精度完成跟踪;第二阶段使跟踪误差进一步衰减到零.
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