基于不确定性与扰动估计的非线性系统控制研究

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在非线性动力学中,非线性系统同步问题一直以来都是一个热门的研究方向,而模型不确定性和外部扰动是制约非线性系统同步的主要因素之一。针对同时具有模型不确定性和外部扰动的非线性系统同步问题,其核心研究问题是如何设计满足要求的控制器。在这方面,虽然单一控制器能实现该控制问题,但目前结果中所设计的控制器往往太复杂。鉴于此情况,本文的主要贡献是给出了一类组合控制方法,即根据不同类型控制器的各自的优缺点,取长补短,结合使用。本文主要的设计思路是分步设计,即给出一类具有不确定性和扰动的非线性系统,先考虑其标称系统的同步问题,在此基础上,再考虑如何运用合适的滤波器,从而实现原系统的同步问题。本文控制器的设计特点是基于一种不确定性与扰动估计的控制方法,该方法主要是利用低通滤波器的特性来精确估计系统的模型不确定性和外部扰动并加以滤除,相比其他去除扰动的方法,UDE受限较小,无需考虑扰动的上限边界和下限边界。全文共分为以下三个方面展开:(1)同步问题:首先给出一类具有模型不确定性和外部扰动的非线性系统,先考虑其标称系统,并设计一种自适应反馈控制器解决该系统的同步问题。然后,结合已得到的自适应反馈控制器,设计一种基于UDE的组合控制方法最终解决给定非线性系统的同步问题。(2)投影同步问题:基于同步问题的延伸,先给出非线性系统投影同步的基本概念和其研究意义,并介绍了一种判断非线性系统投影同步存在性的方法和一种针对投影同步的解的算法。然后,仍然分两步来实现给定非线性系统的投影同步。其中,第一步对标称系统的投影同步实现,采用不同于自适应反馈控制方法的类线性反馈控制器,后者更擅长解决投影同步等具有较复杂控制机理的同步问题。(3)复变量非线性系统镇定问题:阐述了复动力学和系统镇定问题的研究意义,针对一类具有外部扰动和模型不确定性的复变量非线性系统的镇定控制问题,分三个方面开展研究工作。第一,利用矩阵半张量积工具得到了复变量系统到实变量系统的等价转换方法;第二,针对标称系统设计一种动态增益反馈控制器来实现系统的镇定控制;第三,结合已经得到的控制器,设计基于UDE的组合控制器来实现一类具有扰动和不确定性的复变量非线性系统的镇定控制。
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