含执行器死区的切换非线性系统控制方法研究

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在现实系统中,因为受部件影响,执行器总是伴随着死区特性。在生产过程中,执行器的参数也随着工作条件和环境的变化而变化。另外,参数随时间的变化会导致控制系统失衡,严重限制了系统的性能。再者,许多研究并没有考虑实际系统的切换特性。主要原因如下:在切换系统中,有许多不同的切换规则。在一定的保守条件下,没有统一的切换规则来稳定系统,使得系统的稳定性分析非常复杂。其次,由于执行器死区参数的跳变,系统的稳定性不能用李雅普诺夫函数来分析;现有自适应控制方案的设计包括基于李雅普诺夫分析的控制器设计和参数自适应律设计。然而李雅普诺夫函数并不可导,导致无法通过该方法进行控制器等的设计。因此,本课题的目标是实现带有死区特性的切换非线性系统的跟踪控制。为了解决这些问题,研究了具有执行器死区的非线性系统的自适应跟踪控制。本文的主要工作包括以下几个方面:(ⅰ)对于含不确定死区的非线性切换系统,调查了一种控制方案。模糊逻辑系统被用来近似未知函数。为了估计不可预测状态,构造了切换模糊状态观测器。为了保证闭环系统的边界和理想的跟踪性能,采用了多李雅普诺夫函数和方法,得出了一种模糊控制器。(ⅱ)研究针对输入死区未知、控制增益非恒定及非对称全状态约束条件下切换系统的自适应跟踪控制问题。针对未知非常数控制增益函数存在的未知输入死区非线性问题,利用模糊逻辑系统,使用了一种光滑死区逆算法。对于存在未知死区和全状态约束的切换系统,可知,基于障碍李雅普诺夫函数的控制器是不容易构造的。此外,所提出的控制器不仅可以防止所有约束状态的违反,并能保持闭环系统的有界性。(ⅲ)不确定死区补偿在切换系统的自适应模糊固定时间控制中具有重要的理论和实践意义。由于复杂的切换框架和死区输入的存在,得出固定时间控制器是不容易的,目前还没有关于这一问题的报道。利用一种功率积分器方法和模糊死区模型,针对上述问题,提出了一种模糊定时控制器。保证闭环系统在固定时间内是稳定性的。
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