不確定系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制研究

不確定系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制研究在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的輸出信號通常是以無損的方式直接傳送到系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu),這個過程不存在數(shù)據(jù)缺失或數(shù)據(jù)近似等現(xiàn)象。在現(xiàn)代控制技術迅速發(fā)展的今天,由于數(shù)字信號處理設施在系統(tǒng)中的廣泛應用,需要模擬信號與數(shù)字信號進行相互轉(zhuǎn)換。在這種情況下,做不到以任意高的精度進行信息的轉(zhuǎn)換。此外,由于信道的傳輸能力有限,數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理來降低數(shù)據(jù)包的大小,然后再進行傳輸。信號量化問題已成為這些方面的重要研究課題之一。另一方面,由于系統(tǒng)模型建立之時往往忽略了模型不確定性以及外部擾動的影響,系統(tǒng)的魯棒性問題也需要在控制理論研究中充分考慮,而變結(jié)構(gòu)控制是處理模型不確定性以及外部擾動的一種很好的魯棒技術。本論文針對變結(jié)構(gòu)控制設計中的量化問題展開研究。結(jié)合構(gòu)造的量化參數(shù)的靜態(tài)調(diào)節(jié)策略,提出一套量化反饋變結(jié)構(gòu)控制方案。針對單輸入線性不確定系統(tǒng),提出了一種動態(tài)量化器量化參數(shù)的靜態(tài)調(diào)節(jié)方案,并給出量化反饋變結(jié)構(gòu)控制到達控制律的設計。與已有的結(jié)果相比,本文的方法能獲得更好地收斂性能且便于工程應用;基于滑動扇區(qū)方法,提出的帶有量化參數(shù)靜態(tài)調(diào)節(jié)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制策略能夠有效避免抖振發(fā)生并實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)二次鎮(zhèn)定；引入切換機制,提出了一種線性平面不確定系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制設計方法,該方法能夠有效地克服系統(tǒng)模型不確定性的影響并滿足量化飽和的限制；針對一類含輸入非線性的不確定系統(tǒng),通過結(jié)合量化參數(shù)的調(diào)節(jié),設計的量化輸出反饋變結(jié)構(gòu)控制器能夠保證系統(tǒng)軌跡漸近收斂到指定的滑模面上,實現(xiàn)系統(tǒng)魯棒鎮(zhèn)定；最后,在上述研究的基礎上,將結(jié)果進一步推廣到一類帶有匹配／非匹配不確定性的多輸入系統(tǒng)上。文中的主要結(jié)果均給出了相應的仿真例子進行了驗證,并將部分研究成果應用于飛機模型仿真研究中。全文分為八章,每一章的主要內(nèi)容如下：第一、二章系統(tǒng)地分析和總結(jié)了量化控制與變結(jié)構(gòu)控制研究領域的背景和發(fā)展現(xiàn)狀,并給出了與本文相關的一些預備知識。第三章基于滑模變結(jié)構(gòu)控制策略,我們研究了一類單輸入線性不確定系統(tǒng)的魯棒量化反饋鎮(zhèn)定問題。假定系統(tǒng)的狀態(tài)信號以及輸入信號在經(jīng)數(shù)字通訊通道傳輸之前被量化。對于采用的動態(tài)量化器,給出可調(diào)量化參數(shù)的一個靜態(tài)調(diào)節(jié)策略。通過結(jié)合量化參數(shù)的調(diào)節(jié),設計的滑模變結(jié)構(gòu)控制方案能夠確保系統(tǒng)狀態(tài)到達并保持在期望的滑模面上,改進已有成果僅能保證狀態(tài)軌跡到達切換面附近而獲得實際穩(wěn)定的效果。仿真算例進一步驗證了所提方法的有效性。在第三章的基礎上,第四章進一步考慮了一種基于滑動扇區(qū)技術的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制器設計方法。首先提出了一種與滑動扇區(qū)相關的量化參數(shù)調(diào)節(jié)方案。然后設計量化反饋變結(jié)構(gòu)控制律保證了系統(tǒng)軌跡由滑動扇區(qū)外進入滑動扇區(qū)的內(nèi)扇區(qū),實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的二次穩(wěn)定而不發(fā)生抖振現(xiàn)象。最后通過給出的仿真算例進一步驗證了所提方法的有效性。第五章研究了帶有量化飽和限制的平面系統(tǒng)的量化反饋鎮(zhèn)定問題,給出了一種新的基于切換方法的滑模變結(jié)構(gòu)量化反饋控制器設計方法。首先,通過引入切換線s1(x)=0與s2(x)=0,給出一個由扇形區(qū)域構(gòu)成的平面空間的劃分,然后在每個劃分區(qū)間給出量化參數(shù)的調(diào)節(jié)策略。通過結(jié)合量化參數(shù)的調(diào)節(jié),提出的滑模變結(jié)構(gòu)量化反饋控制器能夠保證狀態(tài)軌跡到達期望的切換線s0(x)=0,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的全局魯棒鎮(zhèn)定。這樣的設計方法既充分利用了變結(jié)構(gòu)控制能有效地克服系統(tǒng)的模型不確定性以及外部擾動影響的優(yōu)點,又克服了量化飽和的限制要求。最后通過一個仿真例子進一步驗證了本章所提方法的有效性與優(yōu)越性。在第六章中,針對一類在執(zhí)行機構(gòu)中存在非光滑非線性的不確定系統(tǒng),提出了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制技術的量化輸出反饋控制方案。假定系統(tǒng)的輸入輸出信號和動態(tài)補償器的估計狀態(tài)信號在通過數(shù)字通道傳輸之前已被量化。首先設計一個動態(tài)補償器用于估計系統(tǒng)的不可測狀態(tài),進而利用系統(tǒng)的輸出以及設計的動態(tài)補償器的狀態(tài)構(gòu)造滑模面。然后提出一個帶有量化參數(shù)靜態(tài)調(diào)節(jié)策略的自適應滑模變結(jié)構(gòu)量化反饋控制策略。并且理論證明設計方法能夠克服模型不確定性以及輸入非線性的影響,保證系統(tǒng)軌跡能夠收斂到指定的滑模面上。最后將所提方法應用到一個飛機模型進行仿真驗證了所提方法的有效性。第七章考慮了一類線性多輸入系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制設計器問題。與第三章、第四章中研究相比,研究對象從僅包含匹配不確定性的單輸入線性系統(tǒng)推廣到包括匹配/非匹配不確定性的多輸入線性系統(tǒng)