非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制研究

1、南京航空航天大學博士學位論文非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制研究姓名：朱永紅申請學位級別：博士專業(yè)：控制理論與控制工程指導教師：姜長生20030701南京航空航天大學博士學位論文摘要本文對非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題作了較深入地研究和探索，主要的研究內(nèi)容包括：）基于函數(shù)法（回饋遞推）研究了一類具有動態(tài)不確定和零動態(tài)串聯(lián)非線性系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題。提出了魯棒自適應控制律，所提出的控制律不僅保證閉環(huán)系統(tǒng)全局穩(wěn)定并且使得系統(tǒng)所有狀態(tài)一致終值有界。（）針對一類具有零動態(tài)串聯(lián)不確定非線性系統(tǒng)，結(jié)合日。控制和自適應控制并利用李亞普諾夫函數(shù)遞推設計方法設計了狀態(tài)反饋日。魯棒自適應控制器，避免了求解

2、不等式設計控制器的困難。該控制器不僅保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，麗且使得系統(tǒng)對于所有允許的參數(shù)不確定從干擾輸入到可控輸出的三，增益不大于給定的值。（）針對一類含有未知參數(shù)和干擾的串聯(lián)非線性系統(tǒng)提出了魯棒自適應動態(tài)面控制方法。傳統(tǒng)的回饋遞推方法要求對模型非線性的多次微分。本方法由于加入了個低通濾波器使得算法不用對模型非線性進行多次微分，僅要求非線性函數(shù)為類函數(shù)，因而克服了因“微分項的爆炸”引起的算法復雜性從而簡化了算法。從而提出了一類串聯(lián)非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制器另一種遞推設計方法。所設計的控制器不僅保證閉環(huán)系統(tǒng)半全局穩(wěn)定而且使得輸出能夠半全局跟蹤期望軌跡。（）基于二次型供給率，研究了具有不確定和干

3、擾的非線性互聯(lián)系統(tǒng)的魯棒分散耗散控制問題，建立了魯棒集中耗散控制和魯棒分散耗散控制之間的聯(lián)系。基于不等式給出了含有不確定和干擾非線性互聯(lián)系統(tǒng)魯棒分散耗散控制存在的充分條件，即對于所有允許的不確定如果存在標量類存儲函數(shù)使得不等式有非負定解，那么非線性互聯(lián)系統(tǒng)魯棒分散耗散控制就可獲得，并且構(gòu)造的控制器使得非線性互聯(lián)系統(tǒng)在給定二次型供給率下具有魯棒耗散性。（）研究了一類含有線性矩陣參數(shù)不確定非線性系統(tǒng)自適應無源控制問題。提出了本文所討論的系統(tǒng)的一種自適應控制器設計方法，所設計的控制器使得系統(tǒng)在假設條件下在平衡點附近局部無源。所設計的控制器不僅保證系統(tǒng)穩(wěn)定，而且使得參數(shù)收斂于某個常值，因而具有良好的控

4、制性能。仿真結(jié)果也表明了控制器的有效性和可行性。（）研究了一類具有參數(shù)不確定、未建模動態(tài)以及干擾的非線性系統(tǒng)自適應魯棒日。跟蹤控制問題。將魯棒控制、自適應控制、何。控制以及變結(jié)構(gòu)控制結(jié)合起來對此類系統(tǒng)進行控制，提出了自適應魯棒?？刂坡?。跟蹤控制要求解非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制研究修正代數(shù)矩陣方程，因而所提出的控制律很容易實現(xiàn)，避免了求解等式?jīng)]計控制器的困難。所設計的自適應魯棒。跟蹤控制器不僅可保證所有的系統(tǒng)狀態(tài)有界，跟蹤誤差一致終值有界，而且使得系統(tǒng)滿足。性能指標。（）將學習控制與自適應魯棒控制方法結(jié)合起來研究了一類非線性不確定系統(tǒng)自適應魯棒迭代學習控制問題。提出了自適應魯棒迭代學習控制律

5、。當跟蹤誤差小于指定的閥值時，控制方案將停止學習和自適應，因而提高了控制系統(tǒng)的魯棒性同時使系統(tǒng)達到任意指定的跟蹤精度。學習控制策略用于處理周期性不確定，自適應魯棒控制策略用于處理具有未知上界的非周期性不確定。所提出的控制方案保證跟蹤誤差在有限的迭代步驟內(nèi)收斂到任意指定的誤差區(qū)域并且一直保持在指定的區(qū)域內(nèi)，而且保證每一迭代步系統(tǒng)信號有界。所提出的控制方案能夠處理一大類非線性不確定系統(tǒng)。（）基于模糊方法研究了一類非線性不確定系統(tǒng)的自適應魯棒?？刂茊栴}。出于結(jié)合了自適應模糊控制、設計以及。控中方法，因而是一種混合的控制方案。提出了自適應日。魯棒輸出跟蹤控制策略。構(gòu)造的間接和直接白適應模糊控制器不僅保

6、證閉環(huán)系統(tǒng)的變量有界，而且使得系統(tǒng)滿足。跟蹤性能指標。（）針對一類具有對象不確定和外部干擾的非線性系統(tǒng)提出了自適應魯棒輸出跟蹤控制方案。該方案使用了徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡自適應補償對象不確定，高增益觀測器被用來估計不能直接測量的輸出導數(shù)。此方法所設計的控制器不僅保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，而且所有狀態(tài)有界以及跟蹤誤差一致終值有界。（）針對一類部分未知或全部未知的非仿射非線性系統(tǒng)設計了基于小波網(wǎng)絡自適應魯棒輸出反饋控制器。每個輸出假定有相對階小于或等于?；谛〔ňW(wǎng)絡的自適應觀測器被用來估計輸出導數(shù)。在控制中加入了魯棒項來減少網(wǎng)絡重構(gòu)誤差以及外部干擾對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的影響。導出了保證整個閉環(huán)系統(tǒng)所有誤差信號一致

7、有界的條件。以上結(jié)果均經(jīng)過仿真驗證，仿真結(jié)果表明以上所有方法均是有效的和可行的。關(guān)鍵詞：非線性系統(tǒng)，回饋遞推設計，魯棒自適應控制，動態(tài)面控制，耗散控制，智能控制，小波網(wǎng)絡，狀態(tài)觀測器，不確定墮壅墮窒墮墨查堂堅主堂堡絲苧（）（）塒一，。（），“”，（）（）最，！垡堡至墮塞墨笙量量魚墮里笙型墜塑（），（）。，。，。（），（），（）。，。（）”南京航空航天大學博士學位論文，（）：，承諾書本人聲明所呈交的博士學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作中所取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學或其它教育機構(gòu)的學位或證

8、書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后適用本承諾書）作者：舷曰期：年月日南京航空航天大學博士學位論文第一章緒論非線性系統(tǒng)魯棒控制理論的新進展在實際工程系統(tǒng)中，被控對象往往伴隨著各種各樣的不確定性，這些不確定包括未知參數(shù)不確定、結(jié)構(gòu)不確定以及干擾等，然而這些不確定的存在可能會引起控制系統(tǒng)器質(zhì)的惡化，甚至成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因。魯棒控制，就是針對這，確定而被提出來的現(xiàn)代控制理論。它在設計控制器時不僅考慮數(shù)學模型的標稱參數(shù)，同時還考慮不確定性對系統(tǒng)性能的最壞影響，使得

9、所設計的控制器在不確定對系統(tǒng)品質(zhì)的破壞最嚴重時也能夠滿足設計要求。所謂魯棒性就是指系統(tǒng)預期的設計品質(zhì)不因不確定的存在而遭到破壞的特性。因此，魯棒控制對非線性系統(tǒng)理論來講同樣是一個重要的課題?；谖⒎謳缀蔚姆蔷€性系統(tǒng)控制理論的出現(xiàn)，一，極大地促進了非線性系統(tǒng)魯棒控制理論的研究【，娜】，它與李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，小增益理論以及耗散性或無源性等理論相結(jié)合鄖一、給出了許多有效的魯棒系統(tǒng)分析和設計方法。魯棒鎮(zhèn)定是非線性魯棒控制問題的基本問題，其主要設計方法目前仍然以李亞普諾夫穩(wěn)定性理論為基礎，利用這類方法設計魯棒鎮(zhèn)定系統(tǒng)時，首先假設不確定因素可以表示為有界的未知參數(shù)、增益有界的未知攝動函數(shù)或未知動態(tài)過程

10、，然后根據(jù)其上界值或界函數(shù)以及被控對象的標稱模型來構(gòu)造一個適當?shù)睦顏喥罩Z夫函數(shù)，使其保證整個系統(tǒng)對于不確定集中的任何元素都是穩(wěn)定的。這種設計方法的關(guān)鍵是如何給出構(gòu)造理想的李亞普諾夫函數(shù)的一般方法。近年來，魯棒控制理論的研究表明，如果系統(tǒng)滿足一定的鏈式結(jié)構(gòu)，就可以通過遞推設計的方法引】逐步構(gòu)造出理想的李亞普諾夫函數(shù)。而利用基于微分幾何的非線性系統(tǒng)理論，我們可以給出判斷個系統(tǒng)本質(zhì)上是否具有上述鏈式結(jié)構(gòu)的幾何條件，并通過坐標變換將系統(tǒng)的數(shù)學模型變換成顯式的鏈式結(jié)構(gòu)的一般形式。文獻按照這種思路討論了不確定可用未知參數(shù)描述時的魯棒鎮(zhèn)定問題。文獻則研究了不確定可以用未知的非線性攝動函數(shù)來描述的情況。這種設

11、計思想還可以推廣到不確定具有動態(tài)過程的情況以及多個非線性子系統(tǒng)相互串聯(lián)構(gòu)成的大規(guī)模復雜系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定問題。應該指出，上述基于李亞普諾夫函數(shù)的鎮(zhèn)定理論，還可以從無源性的角度加以解釋?；蛘吒_切地講，上述李亞普諾夫函數(shù)的構(gòu)造過程正是使系統(tǒng)無源化的過程，而此時的李亞普諾夫函數(shù)正是保證系統(tǒng)無源性的存儲函數(shù)（）。文獻的一個重要貢獻就是給出了判斷非線性系統(tǒng)無源性的（克拉考夫斯基雅庫鮑維奇波波夫）引理，并揭示了對于非線性可以遞推構(gòu)造存儲函數(shù)的可能性。上述有關(guān)魯棒鎮(zhèn)定問題的結(jié)果，正是這種設計思想的一個推廣，而文獻【】還給出了判斷具有不確定系統(tǒng)的魯棒無源性的魯棒引理。非線性不確定系統(tǒng)魯棒白適應控制研究實際，無源

12、性是系統(tǒng)耗散性的一個特例】。對于給定的能量供給率（），如果存在一個依賴于系統(tǒng)狀態(tài)的非負能量存儲函數(shù)，使得耗散不等式成立，則稱該系統(tǒng)是耗散的。無源性正是供給率為輸入輸出信號的范數(shù)之乘積形式的特例。工程中常用的另一個特例是供給率由輸入到輸出之差給出的情況。如果系統(tǒng)對于這類供給率是耗散的，那么該系統(tǒng)由輸入到輸出就滿足上，增益約束條件】。因此，影：多與，增益約束條件有關(guān)的控制問題，如工，綜合問題、。控制問題以及。二二擾近似解耦或干擾抑制等，都可以歸結(jié)為使系統(tǒng)成為耗散系統(tǒng)的問題。一般，這類設計問題都需要解適當?shù)钠⒎植坏仁剑愒摬坏仁侥壳吧袩o有效的解析求解方法。如果我們將上述構(gòu)造存儲函數(shù)的方法加以推廣，

13、使其滿足所對應的耗散不等式，就有可能不必通過求解（）不等式得到魯棒上：增益控制器。文獻】針對具有參數(shù)不確定和有界函數(shù)攝動情況，給出了魯棒上，干擾抑制問題的解并且給出了不必求解不等式的設計方法。上面對非線性系統(tǒng)魯棒控制理論的最新進展進行了回顧，可以看出非線性系統(tǒng)魯棒控制理論有待完善，仍然存在需要進一步研究的問題，如解且盯不等式得出精確解、控制器的簡化、基于輸出反饋的耗散控制以及在輸入限幅的條件如何設計控制器等等。非線性系統(tǒng)魯棒自適應控制理論現(xiàn)狀及研究意義在過去三十多年，含有參數(shù)不確定的線性系統(tǒng)的參數(shù)自適應控制理論一】，得到了廣泛地研究。這些研究成果為自適應控制系統(tǒng)的分析和設計提，基本的技術(shù)方法。

14、近十多年來，幾類非線性系統(tǒng)新穎的自適應控制器設計方法被提出。這些設計方法包括過參數(shù)遞推設計方法一璣調(diào)節(jié)函數(shù)設計方法【】、使用投影算法的設計方法以及高階調(diào)節(jié)器設計方法等。它們成為含有參數(shù)不確定非線性系統(tǒng)設計和分析的有用的基本方法?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡和小波神經(jīng)網(wǎng)絡的非參數(shù)自適應控制方法在近年來也得到了廣泛地研究，剮一，在早期的研究中，神經(jīng)網(wǎng)絡對非線性系統(tǒng)辨識和控制的有效性是在離線方式下進行的。而在最近幾年，文獻，研究了非線性系統(tǒng)在線神經(jīng)網(wǎng)絡以及小波網(wǎng)絡（在本章中，為了敘述的方便，在這以后把它們統(tǒng)一簡稱為網(wǎng)絡）自適應控制問題。這些非參數(shù)自適應方案利用設計方法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大多數(shù)網(wǎng)絡控制方法應用于一類可

15、變換成標準形式的非線性系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，未知非線性出現(xiàn)在與控制輸入相同的方程中，這個條件稱為匹配條件】。另外，網(wǎng)絡控制文獻大多都假定系統(tǒng)狀態(tài)可直接測量，實際上，狀態(tài)也許不可以直接測量。文獻】對系統(tǒng)不滿足匹配條件的非線性系統(tǒng)提出了新的網(wǎng)絡自適應控制方法，但是該方法仍然要求狀態(tài)可直接測量。基于網(wǎng)絡非線性系統(tǒng)自適應輸出反饋控制問題研究已有許多報道烈，然而，墮塞墮皇墮蔞查堂墮主堂焦笙壅一基于網(wǎng)絡非線性不確定系統(tǒng)的自適應輸出反饋控制問題的研究少見，本文將對此進行研究。大家知道，魯棒控制和自適應控制是非線性不確定系統(tǒng)控制的兩種方法，每種方法都有其優(yōu)缺點。下面先說明一下它們的優(yōu)缺點。一方面，魯棒控制應用于

16、結(jié)構(gòu)和參數(shù)非線性的并且假定不確定的上界已知的系統(tǒng)。魯棒控制器在抑制干擾和補償未建模動態(tài)時具有良好的性能，它能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。另外魯棒控制器能夠估計誤差收斂率【】，因而通過調(diào)整控制參數(shù)達到期望的暫態(tài)向應。魯棒控制器的一個缺點是沒有學習的能力。典型的情況是：在設計魯棒控制器時要求知道不確定的上界，那么在控制過程中就忽略了確定系統(tǒng)能夠被學習的些特征。魯棒控制器的不能學習造成設計保守，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是以犧牲性能為代價的。另一方面，非線性系統(tǒng)的自適應控制在控制過程中通常使用前饋消除自適應參數(shù)不確定。參數(shù)自適應意味著這些控制器能夠從控制系統(tǒng)的過程中學習。如果控制器設計恰當，系統(tǒng)穩(wěn)定性可達到，能夠使得參數(shù)調(diào)整到

17、它們實際的值。但是，它的一個缺點是要求非線性系統(tǒng)的不確定參數(shù)以線性方式出現(xiàn)。另外，它們對未建模動態(tài)和干擾不靈敏通常造成不好的暫態(tài)性能】。因此，為了設計高性能控制器使其同時具有自適應控制和魯棒控制兩者的優(yōu)點而摒棄各自的缺點，現(xiàn)有的文獻提出非線性不確定系統(tǒng)控制的三種主要方法如下：“）自適應控制方法：設計者修正自適應控制器以增加它對未建模動態(tài)和外部于擾的魯棒性【或者提高暫態(tài)性能。目前，尚未見通過這種方法能夠同時滿足這兩種要求。（）魯棒控制方法：設計自適應律估計不確定合適的上界函數(shù)從而減少魯棒控制的保守性或者放寬對不確定上界知識要求【】。在這種方法中，僅僅上暴函數(shù)被適應，沒有不確定參數(shù)被適應。（）自適

18、應控制和魯棒控制兩種方法的結(jié)合，：與前面的方法比較，本方法不僅具有自適應控制器學習的能力，而且具有魯棒控制器抑制干擾，增加對不確定的魯棒性以及保證期望暫態(tài)響應的能力。實際上，對非線性不確定系統(tǒng)設計高性能的控制器的難點在于在設計控制器過程中對不確定的處理。前面已經(jīng)提到，不確定包括參數(shù)不確定、外部干擾和結(jié)構(gòu)不確定（如未知非線性）等。如果一般非線性系統(tǒng)存在外部干擾，可以采用非線性只。控制的方法設計抑制干擾控制器，、，但這存在解不等式的問題，而通過求解不等式導出控制器精確解是個很困難的事，至目前為止，只有求解刪近似解的報道。如果還存在對一些非線性或全部非線性的不完全知識（這里未知是指捕述未知非線性的有

19、限參數(shù)），那么問題也能采用日?？刂频姆椒ń鉀Q，且因為這些參數(shù)（構(gòu)成系統(tǒng)另外的狀態(tài)）值僅能從可量測的狀態(tài)導出，因而這時閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)不可完非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制研究全測量。印使具有不可量測狀態(tài)的一般非線性系統(tǒng)日。控制采用無限維濾波器，當未知參數(shù)以線性方式進入非線性系統(tǒng)，也存在魯櫸參數(shù)辨識中無限維所帶來的困難。在這種情況下魯棒控制器的導出也歸結(jié)為求解不等式問題。由于直接求解一般非線性系統(tǒng)的的困難，研究人員避開很一般非線性系統(tǒng)的問題而著手研究特殊結(jié)構(gòu)但實際存在的具有嚴格反饋結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)峨，一腳一，一”。對于這樣的非線性系統(tǒng)，使用設計川，逐步地并且精確地求解不等式是可能的。而且許多物理系統(tǒng)能

20、夠以嚴格反饋系統(tǒng)形式建模的事實使得許多學者著手研究此類系統(tǒng)的魯棒跟蹤控制問題并旦取得了許多研究成果【，。除了上面所述的不確定外，如果系統(tǒng)還存在結(jié)構(gòu)不確定（例如一些未知非線性），那么就可使用對未知非線性具有辨識能力的魯棒自適應控制方法對系統(tǒng)進行設計。人們對不確定部分可線性參數(shù)化或以線性參數(shù)化為主的非線性系統(tǒng)自適應控制器的設計已有很多報道，【，】。在這種情況下，如果干擾是持續(xù)激勵的，那么。意義上的最優(yōu)參數(shù)估計就可收斂到它的實際值。而此時，辨談器可用米構(gòu)成非線性系統(tǒng)的自適應控制器，從而達到漸近跟蹤和干擾抑制的目的。當非線性系統(tǒng)的不確定是般未知非線性（即非參數(shù)型的）時，就可使用網(wǎng)絡對系統(tǒng)進行辨識和控制

21、。使用網(wǎng)絡辨識的主要原因是大類函數(shù)以及它們的導數(shù)能夠用網(wǎng)絡在緊集上以任意的精度逼近，即網(wǎng)絡具有良好的逼近能力【）?；诰W(wǎng)絡對不確定非線性系統(tǒng)進行辨識和控制的研究已經(jīng)取得了許多研究成果呻，￥。但是在許多使用網(wǎng)絡控制器情況下，都假定系統(tǒng)是無噪音，并且還存在克服逼近誤差對系統(tǒng)不利影響，經(jīng)常要采取控制方法預防閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)離開逼近誤差很小的緊集。為此，在不同的控制方法中，更實際的方法是假設表征未知非線性的基函數(shù)逼近的最優(yōu)參數(shù)在一個已知的緊集內(nèi)，本文在設計過程將采用此種假設方法。除了以上基于網(wǎng)絡控制外，將模糊控制以及迭代學習控制等智能控制方法與純數(shù)學解析結(jié)構(gòu)的魯棒自適應控制方法的結(jié)合也是不確定非線性系統(tǒng)控

22、制理論研究的大趨勢，已有許多研究成果，托舯坻。人們將智能控制方法和純數(shù)學解析結(jié)構(gòu)的魯棒自適應控制方法結(jié)合的原因是因為智能控制具有學習和自適應能力并能夠辨識不確定以至消除不確定對系統(tǒng)的影響從而為控制器的設計提供一條新途徑。下面簡要回顧一下學習控制研究的現(xiàn)狀、特點以及闡述將學習控制與魯棒自適應結(jié)合起來混合使用的必要性。已經(jīng)出現(xiàn)的大多數(shù)學習控制方法僅能結(jié)合簡單的或控制或者使得系統(tǒng)工作在丌環(huán)狀態(tài)一。早期學習控制算法的簡單或者在很大程度上對復雜的學習控制算法缺乏有效的分析方法限制了學習控制拓展到更一般的非線性系統(tǒng)，而且現(xiàn)有的許多學習控制方法的開環(huán)特性進一步惡化了系統(tǒng)每個運行周期的暫態(tài)響應。另一方而，像之

23、類的魯棒控制是以閉環(huán)的形式工作的，借助于方法允許使用高度非線性的復雜的控制算法。大家熟知，不管那些不確定是參數(shù)不確定或結(jié)構(gòu)不確定、南京航空航天大學搏士學位論文周期性的或非周期性的還是與狀態(tài)有關(guān)的或外部的干擾，只要系統(tǒng)不確定函數(shù)不大于確定的已知的界限函數(shù)，效果很好。但是，如果這些界限函數(shù)不可知，不能工作。相反，多數(shù)學習控制方法并不要求有關(guān)不確定界限的系統(tǒng)知識，但是僅能應用于為數(shù)不多的含有周期性的不確定非線性系統(tǒng)。然而，將魯棒控制與學習控制結(jié)合起來，就可以處理更多類型的非線性不確定系統(tǒng)。從系統(tǒng)性能的角度看，學習控制方法【】僅保證控制系統(tǒng)關(guān)于重復運動的收斂性，而魯棒控制方法僅保證控制系統(tǒng)沿時間方向的

24、收斂性。綜合學習控制方法和魯棒控制方法，就能保留兩科類型收斂的優(yōu)點。例如，可以設計魯棒控制律在每個運行周期抑制有界的非周期干擾，而學習控制通過系統(tǒng)的重復運動逐步地消除周期性的不確定。在這種方式下，使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制器設計變得容易得多。因此這種方法能夠容易地解決更一般的非線性系統(tǒng)的控制問題。與魯棒控制方法相比較，綜合學習控制和魯棒控制的主要優(yōu)點還在于這種方法能夠在一個固定有限的周期內(nèi)逐步地改善有關(guān)周期運動或可重復控制任務的系統(tǒng)性能。將學習控制和自適應控制或魯棒控制結(jié)合起來對不確定非線性系統(tǒng)控制的研究已有報道呷“：，墁】。文】研究了一類非線性系統(tǒng)的魯棒迭代學習控制問題，文，研究了機械手的魯棒學習控制

25、問題，并將此方法拓展到一一般非線性系統(tǒng)，文研究了一類非線性系統(tǒng)的學習變結(jié)構(gòu)控制問題，收到了良好的控制效果，文研究了一類非線性離散系統(tǒng)的迭代學習控制問題，文【】從自適應控制角度研究了非線性系統(tǒng)的迭代學習控制問題。本文將結(jié)合自適應控制、魯棒控制以及迭代學習控制方法研究了一類不確定非線性系統(tǒng)控制問題，從而為一類非線性不確定系統(tǒng)控制提供了一種新的混合控制方法。由于對許多物理現(xiàn)蒙知識有限，甚至不可能精確地描述那些物理現(xiàn)象，所以在統(tǒng)一框架下處理各種非線性不確定系統(tǒng)是很困難的。并且由于非線性系統(tǒng)復雜性以及不確定多樣性，許多方法對某特定的非線性系統(tǒng)控制行之有效而對另一系統(tǒng)則不然，因此非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適

26、應控青仍將長期是值得研究的課題。本文主要采用的基本控制和設計方法：基于函數(shù)設計、魯棒自適應控制、動態(tài)面控制、耗散控制、無源控制、?？刂啤⑸窠?jīng)網(wǎng)絡、模糊控制、學習控制、小波網(wǎng)絡。采用以上方法研究不確定非線性系統(tǒng)魯棒自適應控制問題已有許多報道（見參考文獻：）。然而對非線性不確定系統(tǒng)的魯榜白適應控制研究相對較少。這里的主要原因是因為對一般不確定非線性系統(tǒng)控制研究難度比較大。本文在參考文獻的基礎上，結(jié)合以上的控制和設計基本方法，主要研究了非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制問題，提出了許多魯棒自適應控制律，理論分析和仿真結(jié)果均表明所提出方法的可行性和有效性。本文的主要工作：線性不確定系統(tǒng)得棒自適席控制研究本

27、文主要研究了非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題。全文的內(nèi)容安排如下：第章回顧了非線性系統(tǒng)魯棒自適應控制的研究現(xiàn)狀，闡述了繼續(xù)研究非線性爿確定系統(tǒng)魯棒自適應控制問題的必要性。第二章研究了串聯(lián)非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題。第節(jié)簡要說明了繼續(xù)研究串聯(lián)非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題的必要性；第節(jié)基于李亞普諾夫函數(shù)方法研究了一類具有動態(tài)不確定和零動態(tài)非線性系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題，提出了魯棒自適應控制律；第節(jié)基于李業(yè)普諾夫函數(shù)方法研究一類具有零動態(tài)非線性不確定系統(tǒng)的圩。（魯棒自適應控，）題，提出了日。魯棒自適應控制律；第節(jié)研究了基于動態(tài)面的非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制問題，提出了基于動

28、態(tài)面的魯捧自適應控制律；第節(jié)對本章作了總結(jié)。第三章從耗散控制、無源控制以及日。控制三個角度研究了非線性不確定系統(tǒng)（自適應魯棒耗散控制）問題。第節(jié)簡要說明了研究非線性不確定系統(tǒng)自適應魯棒耗散控制的必要性；第節(jié)研究了含有不確定性的非線性互聯(lián)系統(tǒng)的魯棒耗散控制問題，提出了狀態(tài)反饋和輸出反饋耗散控制律，建立了魯棒集中耗散控制與魯棒分散耗散控制之間的聯(lián)系；第節(jié)研究了一類含有參數(shù)不確定非線性系統(tǒng)的自適應無源控制問題，提出了自適應無源控制律；第節(jié)研究了含有參數(shù)不確定、未建模動態(tài)以及外部干擾的非線性不確定系統(tǒng)的自適應?？刂茊栴}，將。控制、自適應控制以及變結(jié)構(gòu)算法結(jié)合起來對此系統(tǒng)設計了混合控制器，提出了自適應。

29、控制律；第節(jié)對本章作了總結(jié)。第四章基于智能控制方法研究了非線性不確定系統(tǒng)（自適應魯棒控制）問題。第節(jié)回顧了基于智能控制方法非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應控制的研究現(xiàn)狀以及闡述了繼續(xù)研究的必要性；第節(jié)研究了一類非線性不確定系統(tǒng)（自適應魯棒迭代學習控制）問題，提出了自適應魯棒迭代學習控制律；第節(jié)基于模糊方法研究了一類非線性不確定系統(tǒng)自適應。跟蹤控制問題，提出了直接自適應模糊。控制律和間接自適應模糊?？刂坡桑坏诠?jié)研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡非線性不確定系統(tǒng)自適應魯棒輸出反饋控制問題，基于高增益觀測器估計不能測量的狀態(tài)，提出了自適應魯棒控制律；第節(jié)對本章作了總結(jié)。第五章研究了基于小波網(wǎng)絡的非仿射非線性不確定系統(tǒng)自

30、適應魯棒輸出反饋控制問題，設計了非線性自適應觀測器和自適應魯棒控制器。理論分析證明和仿真結(jié)果表明了以上提出的所有方法的可行性和有效性。第六章對論文取得的成果作了總結(jié)，并提出了一些有待繼續(xù)研究的問題。南京航空航天大學博士學位論文第二章非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制引言許多物理系統(tǒng)，如機器人、噴氣機發(fā)動機等系統(tǒng)，以及許多微分同胚，均有或可轉(zhuǎn)換成串聯(lián)結(jié)構(gòu)的模型。丁串聯(lián)結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)【，由于基于李亞普諾夫函數(shù)設計方法具有能夠?qū)哂写?lián)結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)構(gòu)造出系統(tǒng)控制器精確解的優(yōu)點，所以自從文提出設計方法以米，基于這種方法對具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)非線性系統(tǒng)設計控制器已有許多研究報道，一，“：，然而由于非線性系統(tǒng)的

31、復雜性、不確定的多樣性、假設條件以及對不確定處理方法的不同等使得對串聯(lián)非線性系統(tǒng)控制問題的研究遠沒有達到完善的地步，因此仍有研究的必要。基于以上考慮，本章第，節(jié)基于方法研究了具有零動態(tài)串聯(lián)非線性不確定系統(tǒng)的魯棒自適應控制問題。第節(jié)研究了一類具有動態(tài)不確定和零動態(tài)串聯(lián)非線性系統(tǒng)魯棒自適應控制問題，提出了魯棒自適應控制算法，理論分析證明和仿真結(jié)果都充分說明了所設計的控制器的可行性和有效性；第節(jié)研究了具有零動態(tài)串聯(lián)非線性不確定系統(tǒng)具有三，增益的魯棒自適應控制問題，避免了求解不等式設汁控制器的困難，從而較好地解決了一類串聯(lián)非線性系統(tǒng)的。魯棒白適應控制問題。面遞推算法的最大缺點是要求模型非線性函數(shù)可多次

32、微分并且由于對非線性函數(shù)的多次微分造成“微分項的爆炸”從而增加了復雜性。文獻，提出了多面滑模控制方法，簡化了模型微分比較困難的控制器設計，但控制器存在獲耿非連續(xù)函數(shù)的微分信號困難問題。文獻在文獻，基礎上引入動態(tài)濾波器提出了一種新的控制器設計方法一動態(tài)面控制方法，解決了上述傳統(tǒng)的所產(chǎn)生的問題，并且解決了由于多面滑模控制含有非連續(xù)函數(shù)從而造成獲取微分信號困難問題，簡化了設計算法。此方法在傳統(tǒng)的方法設計的每一步都引入一階過濾器，消除了對非線性函數(shù)的多次微分，僅要求非線性函數(shù)為類函數(shù)。文獻研究了含有不匹配非不確定的非線性系統(tǒng)魯棒動態(tài)面控制問題，取得了良好的效果。在，：文獻基礎上，第節(jié)研究了一類串聯(lián)非線

33、性系統(tǒng)魯棒自適應動態(tài)面控制問題，提出了控制算法，理論分析和仿真結(jié)果表明了該方法的有效可行性。一類非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制問題的描述考慮如下動態(tài)不確定非線性系統(tǒng)非線性不確定系統(tǒng)魯棒自適應控制研究，（，）毫置，（，一，五）目旃（西，一，）。（，“，）（）鼻工（）（）諺（孔，）。（，）：而其中，（，。）”和“為系統(tǒng)的狀態(tài)，“為控制輸入，為未知常參數(shù)向量，（，“，）為系統(tǒng)動態(tài)不確定并且是連續(xù)函數(shù)，力（。一，）為已知光滑向量函數(shù)，（，一）為已知光滑函數(shù)，（。本節(jié)的目的是：尋找如下形式的魯棒自適應控制器妒巨（礦，），“（，）“（）其中，妒使得由式（）和（）組成的閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)對所有允許的不確定全局一致終值有界。為了討論問題方便，現(xiàn)作如下假設：假設：對于所有的（，“，）存在未知正常數(shù)五使得，（，“，）。吼（，。，）死能（），一，（）其中，仍和紀：為已知非負定光滑函數(shù)，不失一般性，假定仍：（）。假設：存在光滑函數(shù)（）（口。（）以及正定光滑函數(shù)（）滿足不等式），（）（，嘞（）玉一島蚓，漸近穩(wěn)定的充分條件。另外，下面給出后面要用到的幾個引理：（）（）注