参数不确定系统的自适应控制

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近年来,非线性系统控制理论与应用研究迅速发展。尤其是参数不确定非线性系统的控制问题吸引着人们越来越多的研究兴趣,成为研究的热点之一。这个问题的研究与发展不仅具有重要的理论价值,而且具有很强的实际意义。一般来说,系统中的未知参数可以分为两类:一类是线性化参数,即未知参数线性地进入状态方程;后来,人们努力去除这个线性化参数条件,即研究另外一类参数——非线性化参数。这种类型的参数非线性地出现在系统状态的系数项之中。对于前者而言,一般采用自适应控制或者鲁棒控制,最著名的方法是反步法。这类问题已经被很好的解决了。采用的方法主要有两种:一种是对系统的非线性或者对Lyapunov函数引入增长条件;另一种是使系统具有规范形式和限定参数的范围。而对于非线性化参数系统,是相当难以处理的。这方面的研究文献也很少。迄今为止,这个问题还是一个很大的挑战。 本文研究参数不确定性非线性系统的跟踪问题,既考虑线性化参数非线性系统,也考虑非线性化参数非线性系统。主要研究成果如下: 第一是针对实际应用中的永磁同步电动机模型,研究其在参数变化的情况下如何实现精确的位置跟踪。不同于其他文献所采用的方法,本文首先通过状态变换,得到一个比较规范的非线性系统形式,然后利用反步法设计自适应控制器。该设计方案能够保证所有信号有界,实现了全局稳定,并且跟踪误差趋近于零。仿真结果表明该控制器具有快速、稳定、无超调等优点,实现了控制精度的要求。 第二考虑非线性化参数非线性系统,得到了两种结果。一是使用文[39]的方法,研究了所有n个状态方程中都含有非线性化参数并且未知控制方向的一类非线性系统的跟踪问题,扩大了文[39]的研究范围,保证系统跟踪误差毕竟有界;二是在一定的假设条件下,给出了相同系统的一种自适应控制方案,该控制器能够保证非线性系统全局稳定和所有信号有界。本文给出仿真实例,表明该控制器能够实现精确跟踪,跟踪误差收敛至零。 第三考虑了输入是未知死区的一类非线性系统。我们知道在许多控制系统的物理部件上都存在着死区特性。死区的存在会严重削弱系统的性能和运行的精确度。然而这种非光滑非线性的死区往往是未知的、时变的。在设计这类系
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