高阶不确定非线性系统的自适应实际输出跟踪控制

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高阶非线性系统的控制设计问题在近几年来得到了广泛的研究.这类系统是严格反馈非线性系统的更一般的形式,且在原点的雅可比线性化可能有不可控或不稳定的模型.因此,高阶非线性系统的控制问题与严格反馈非线性系统相比更难以处理.另外,高阶非线性系统包含了实际中直升飞机、太空飞船、机器人、水面舰船和水下装置等广泛应用的一类欠驱动、弱耦合和不稳定的机械系统.因此,对高阶非线性系统的研究是具有理论意义和实际意义的.基于增加幂次积分方法,本文研究了高阶不确定非线性系统光滑自适应实际输出跟踪控制设计问题.首先综合介绍了高阶不确定非线性系统跟踪控制理论的课题背景、理论意义、实际意义及国内外研究概况.其次用一个简单的例子介绍了本文用的增加幂次积分方法的基本思想,概括出该方法的一般步骤.然后分别研究了以下两类高阶不确定非线性系统的跟踪控制问题:、一类参考信号已知的高阶不确定非线性系统实际输出跟踪控制问题本部分研究了一类具有已知参考信号,未知控制系数和零动态的高阶不确定非线性系统的实际输出跟踪控制问题.不同于现有文献,本部分所研究的高阶不确定非线性系统更具一般性:(1)系统具有不可量测零动态;(2)系统的控制系数未知,且控制系数的下界是一个含有未知常数的函数的形式.本部分通过状态反馈,并灵活地运用自适应技术、不等式的相关技巧和增加幂次积分方法,给出了光滑的自适应实际输出跟踪控制器的设计步骤.所设计的状态反馈跟踪控制器使得闭环系统的状态全局有界,且在一个有限的时刻后,跟踪误差在一个任意给定的范围内.最后给出了仿真算例来验证该控制方案的有效性.二、一类参考信号未知的高阶不确定非线性系统实际输出跟踪控制问题本部分研究了一类高阶不确定非线性系统在被跟踪信号未知的情况下的实际输出跟踪控制问题.借鉴前一个问题的思想,通过灵活地运用不等式,对系统的未知控制系数和非线性项进行适当的处理,克服了参考信号未知给设计控制器带来的困难,设计了实际输出跟踪控制器,并根据Lyapunov理论和Barbalat引理等理论,证明了闭环系统的状态全局有界,且跟踪误差在有限的时间后会保持在预先给定的一个界内.最后,给出的仿真算例验证了该理论结果的正确性和有效性.
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