幾類不確定非線性系統(tǒng)輸出反饋控制分析與設(shè)計

幾類不確定非線性系統(tǒng)輸出反饋控制分析與設(shè)計不確定非線性系統(tǒng)的反饋控制是控制科學中的核心問題,廣泛地存在于工業(yè)、國防等現(xiàn)實生活中,例如,欠驅(qū)動吊車的防擺定位控制問題,機器人運動控制,航天器的魯棒姿態(tài)跟蹤控制等.近幾十年來,隨著科技的飛速發(fā)展,實際系統(tǒng)中會有更強的非線性和更多的不確定因素,如何尋找有效的控制設(shè)計方法來實現(xiàn)不確定非線性系統(tǒng)的控制目標已經(jīng)受到控制理論界學者的持續(xù)關(guān)注.在不確定非線性系統(tǒng)中,更強的非線性和更多的不確定因素會使得非線性系統(tǒng)更具有一般化,但這也會使得在非線性系統(tǒng)控制分析與設(shè)計過程中可能會出現(xiàn)本質(zhì)性的困難.當實際系統(tǒng)中的狀態(tài)不能全部可用時,基于輸出反饋的不確定非線性系統(tǒng)控制分析與設(shè)計就顯得非常必要.當系統(tǒng)允許有了更多的非線性和不確定性,對不確定非線性系統(tǒng)進行控制分析與設(shè)計就會變得更困難.基于此,本文研究了幾類不確定非線性系統(tǒng)的全局輸出反饋控制.利用死區(qū)思想和反推方法,通過引入適當?shù)膭討B(tài)高增益來處理系統(tǒng)中的非線性以及來自系統(tǒng)和被跟蹤信號中嚴重的未知性,并構(gòu)造合適的高增益觀測器來重構(gòu)系統(tǒng)的不可測狀態(tài),本文研究了幾類不確定非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)輸出反饋跟蹤和一類隨機非線性系統(tǒng)的全局輸出反饋鎮(zhèn)定,研究內(nèi)容包含以下四個方面：一、具有函數(shù)控制系數(shù)的不確定非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)輸出反饋實際跟蹤該部分內(nèi)容是論文的第三章,主要研究了一類具有函數(shù)控制系數(shù)的全局自適應(yīng)輸出反饋實際跟蹤.與已有緊密相關(guān)的結(jié)果有著本質(zhì)不同的是,所研究的系統(tǒng)控制系數(shù)是系統(tǒng)輸出的函數(shù),并且系統(tǒng)本身和參考信號中含有嚴重的未知性.為實現(xiàn)全局實際跟蹤,首先引入一個高增益觀測器來重構(gòu)系統(tǒng)的不可測狀態(tài),然后設(shè)計出一個自適應(yīng)輸出反饋控制器.值得強調(diào)的是,所設(shè)計的觀測器和控制器中的增益是時間和輸出的函數(shù),并且通過引入一個新的高增益自適應(yīng)律來克服額外的系統(tǒng)非線性和上面提到的嚴重的未知性.所設(shè)計的控制器保證了閉環(huán)系統(tǒng)的所有狀態(tài)都是全局有界的,并且進一步有,跟蹤誤差在經(jīng)過一段有限時間后最終會達到充分小.二、不確定非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)輸出反饋實際跟蹤的進一步結(jié)果該部分內(nèi)容是本文的第四章,主要研究了一類不確定非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)輸出反饋跟蹤.與已有文獻中的結(jié)果不同,所研究系統(tǒng)的控制系數(shù)是輸出的函數(shù),系統(tǒng)非線性增長率是輸出的多項式,并且系統(tǒng)非線性和參考信號中含有嚴重的未知性.為解決該問題,引入一個高增益觀測器來重構(gòu)系統(tǒng)的不可測狀態(tài),這里的高增益是兩個動態(tài)增益的乘積：其中一個是用來補償增長率中的系統(tǒng)輸出的多項式,另外一個用來克服來自系統(tǒng)和參考信號中的嚴重未知性以及來自函數(shù)控制系數(shù)中的額外系統(tǒng)非線性.基于高增益觀測器,成功設(shè)計出一個自適應(yīng)輸出反饋控制器保證了對系統(tǒng)的任何初始條件,所有閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)都是有界的,并且跟蹤誤差在經(jīng)過一段有限時間后最終會達到充分小三、擁有更多未知性的非線性系統(tǒng)全局自適應(yīng)輸出反饋實際跟蹤該部分內(nèi)容是本文的第五章,主要研究了一類不確定非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)輸出反饋實際跟蹤.與已有緊密相關(guān)文獻中的結(jié)果不同,這里所研究的系統(tǒng)擁有未知的時變控制系數(shù)和系統(tǒng)輸出的多項式增長率,與此同時,系統(tǒng)非線性和參考信號中允許有嚴重的未知性.為解決該問題,首先設(shè)計一個自適應(yīng)觀測器來重構(gòu)系統(tǒng)的不可測狀態(tài),其中,引入一個新的動態(tài)增益來補償系統(tǒng)非線性和參考信號中的嚴重未知性.基于此,由反推方法成功設(shè)計出的自適應(yīng)輸出反饋控制器使得閉環(huán)系統(tǒng)的所有狀態(tài)都是有界的,并且跟蹤誤差在經(jīng)過一段有限時間后最終會達到充分小.四、具有函數(shù)控制系數(shù)的隨機非線性系統(tǒng)全局輸出反饋鎮(zhèn)定該部分內(nèi)容為本文的第六章,主要研究了一類帶有函數(shù)控制系數(shù)的隨機非線性系統(tǒng)全局輸出反饋鎮(zhèn)定.與已有隨機鎮(zhèn)定相關(guān)文獻中的結(jié)果不同,這里所研究系統(tǒng)的控制系數(shù)是系統(tǒng)輸出的函數(shù),而不再是常數(shù).為解決該問題,首先引入一個適當?shù)慕惦A觀測器來重構(gòu)系統(tǒng)的不可測狀態(tài),然后利用反