高阶不确定非线性系统的控制设计与稳定性分析

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huang927
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近几年来,高阶非线性系统的控制设计问题成为非线性控制设计研究的一个新方向.由于该系统在原点的Jacobian线性化是不能控和不能观测的,这导致传统的控制设计方法(如反馈线性化、反推设计等)不能应用于它的控制设计问题,而且它在形式上包括已经得到广泛研究的严格反馈非线性系统.此外,高阶非线性系统包含实际中一类欠驱动、弱耦合、不稳定的机械系统.因此,研究该系统的控制设计问题具有重要的理论意义和一定的实际意义.本文基于增加幂次积分方法,灵活的自适应技术以及其他一些处理技巧(如Young不等式等),针对一类高阶不确定非线性系统,分别研究它的两个控制问题:一、有未知控制系数和零动态的高阶非线性系统自适应镇定在系统的不可测零动态满足较为特殊的假设条件下,这一问题已经得到了研究.本部分进一步放宽了对系统零动态的假设,并利用增加幂次积分方法,给出了连续自适应状态反馈控制器的迭代设计步骤.在控制设计过程中,为了有效地控制来源于系统控制系数和非线性项中的未知参数,仅引入一个参数修正率,这就把整个闭环系统的阶次降到最低,从而避免了自适应技术处理含有未知控制系数的非线性系统控制问题时出现的过参数估计.借助于Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理,证明了整个闭环系统的状态是全局一致有界的,并且原系统的状态渐近收敛到零.最后,通过一个仿真算例验证了理论结果的正确性和设计方案的有效性.二、有未知控制系数和零动态的高阶非线性系统实际输出跟踪控制该问题在系统的控制系数的下界精确已知、不可测零动态满足较为特殊的假设条件下已经得到了研究.本部分利用交换能量函数和连续镇定思想,成功地放宽了对系统零动态的假设.综合利用增加幂次积分方法和反推设计方法,以及灵活的代数处理技巧,给出了连续实际输出跟踪控制器的设计步骤.所设计的控制器确保闭环系统的状态全局有界,并且经过某一有限的时刻后,跟踪误差可以小于事先任意给定的正常数.最后,给出了一个仿真算例来验证控制设计的有效性.总之,高阶非线性系统控制问题的圆满解决不仅会对严格反馈非线性控制系统的理论研究起着指导作用,另一方面也将丰富传统的控制器的设计方法.
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