几类不确定非线性系统的非光滑控制问题研究

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非光滑控制方法不仅具有更广泛的适用性还能提高闭环系统的收敛速度和抗干扰性能,因而在工程应用中具有广阔的应用前景,近年来逐渐成为非线性控制领域的重要研究方向.非光滑控制可以分为连续非光滑控制和非连续控制,本论文将对其中一些问题进行研究:连续非光滑控制方面的研究内容包括不受齐次增长非线性约束的不确定时变p-规范型非线性系统的全局自适应有限时间镇定控制,具有未知输出函数的不确定非三角结构非线性系统的半全局输出反馈控制,一类不确定非线性系统的半全局主动抗干扰控制;非连续控制方面的研究内容包括一类p-规范型不确定非线性系统的事件触发状态反馈控制,一类受扰非线性系统的事件触发跟踪控制.论文的主要研究内容概括如下:一、针对一类p-规范型非线性系统的全局有限时间镇定问题,提出了一种基于双层自适应机制的控制方案.首先,基于增加幂次积分方法,对系统的标称部分设计非光滑状态反馈控制器.然后,为了处理系统的不确定性,设计了一种新的双层自适应机制.其中,第一层主要用于解决未知增长率引起的非线性不确定性;第二层自适应机制利用自适应增益方法动态地压制时变控制系数和非线性函数中的非齐次增长部分.最后,利用齐次压制技术,设计了有限时间自适应控制器.与传统的自适应有限时间控制方法相比,所提出的控制方案对满足非齐次增长条件的非线性系统仍然适用.二、针对控制系数未知、输出函数不确定的非三角结构非线性系统,提出了一种半全局输出反馈控制方案,并给出了未知输出函数在该控制方案下的可行扇形界.首先,基于齐次压制技术,采用一种新的非递归设计方法,设计了标称系统的全局状态反馈控制器.然后,设计了基于输出的降阶状态观测器,得到了系统不可测状态的估计.最后,基于状态反馈控制器和观测器,结合半全局稳定性理论,设计了原系统的半全局输出反馈控制器,并通过分析得到未知输出函数的可行扇形界.与现有文献相比,所提控制策略对未知输出函数的可行扇形界进行了定量分析.三、针对一类受扰不确定非线性系统,提出了一种半全局主动抗干扰控制方案.首先,针对受扰不确定非线性系统设计非线性干扰观测器来估计由不确定非线性函数和外部干扰构成的集总不确定性.然后,利用集总不确定性的估计信息设计基于饱和的控制器.最后,基于半全局稳定性理论,构造若干依赖于系统和观测器状态的初始域的集合,并利用上述集合给出了闭环系统的严格定性鲁棒性能分析.与现有文献相比,基于半全局稳定性理论,所提控制策略放宽了集总不确定性及其导数被常值界定的约束条件.四、针对一类p-规范型不确定非线性系统,提出了基于固定阈值和相对阈值的两种事件触发控制方案.首先,考虑到传统的反步法仅能解决严格反馈形式非线性系统的全局控制问题但对具有高阶幂次的p-规范型非线性系统不再适用,因此采用加幂积分方法对p-规范型非线性系统设计连续虚拟控制信号.然后,利用连续的虚拟控制信号,分别设计基于固定阈值和相对阈值的两种事件触发机制.最后,通过严格的Lyapunov稳定性分析,证明了闭环系统状态是全局一致有界的,并最终收敛到原点的任意小邻域内.与现有文献相比,所提出的事件触发控制策略可解决p-规范型非线性系统的事件触发控制问题.五、针对一类受外部干扰影响的非线性系统,提出了一种事件触发跟踪控制方案.首先,针对受扰非线性系统设计有限时间干扰观测器对干扰进行估计,进而得到系统稳态的估计.然后,基于由原系统和稳态估计系统得到的误差系统,利用加幂积分方法,设计连续的虚拟控制器.最后,利用连续的虚拟控制器,设计相对阈值触发控制策略,确保闭环系统跟踪误差有限时间内收敛到原点的一个任意小邻域内.与现有文献相比,所提控制策略降低了传统事件触发跟踪控制设计的复杂性.
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