切換系統直接自適應控制方法的研究

切換系統直接自適應控制方法的研究作為一類重要的混雜系統,切換系統由多個模態(tài)和切換信號構成。切換系統有著廣泛的實際應用背景,近些年來涌現了大量的研究成果。目前,大部分的研究工作主要是針對確定性切換系統。由于參數的不確定性在實際系統中普遍存在,切換系統自適應控制的研究受到越來越多的關注,逐步成為控制領域的研究熱點之一。然而,未知參數的存在使常規(guī)的切換系統分析和設計方法難以應用,切換信號的存在更增加了分析和設計的難度。如何將未知參數納入切換系統Lyapunov函數的構造中,如何消除切換信號帶來的影響,以及如何將切換信號為我所用,進行切換信號和控制器的雙重的設計,這些都是切換系統研究中亟待解決的問題,目前尚缺乏系統、有效的方法,結果也十分有限。本文針對幾類含有線性未知參數的不確定切換系統,研究直接自適應控制問題。在給出切換系統部分穩(wěn)定性和超穩(wěn)定性充分條件的基礎上,分別在Lyapunov框架和超穩(wěn)定性框架下給出切換系統自適應控制器的設計方案和設計步驟,研究任意切換和設計切換下的自適應控制問題。進而,將這些方法的思想應用到切換機械臂模型,為其設計自適應跟蹤控制器,研究了自適應摩擦補償和擾動抑制問題。最后,為了提升切換系統自適應控制器的性能,提出切換系統的有限時間參數估計器,利用估計真值重置控制參數的方法大大縮短了暫態(tài)過程。本文主要工作包括如下幾部分：1.研究了一般非線性切換系統部分穩(wěn)定性。對于給定的切換信號,利用多Lyapunov函數給出了切換系統部分穩(wěn)定性的充分條件。作為一種特殊情況,當所研究的部分狀態(tài)為所有狀態(tài)分量時,此結果就等同于多Lyapunov函數法。2.研究了具有線性未知參數的非線性切換系統的模型參考自適應控制問題。給出了任意切換下,漸近跟蹤自適應控制器的設計方法。用Lyapunov方法和分段適應律證明了系統信號的有界性和跟蹤誤差的收斂性。不要求子系統的差異有限和輸入信號持續(xù)激勵(PE)的條件,并能保證跟蹤誤差收斂到零。3.對子系統均不存在鎮(zhèn)定控制器的切換系統,研究了自適應鎮(zhèn)定問題。利用多Lyapunov函數和最大最小切換方法給出了控制器、切換律和適應律,保證了系統信號的有界性和狀態(tài)的收斂性。4.借助交互供給率的概念,給出了任意切換下切換系統超穩(wěn)定性的充分條件,還給出了子系統都不滿足正實條件時,使系統達到超穩(wěn)定性的切換律設計條件和方法。并且,利用所得的結果為線性切換系統設計了模型參考自適應控制器。5.針對負載切變的機械臂建立了的切換的系統模型并先后為其設計了自適應摩擦補償跟蹤控制器和自適應H∞跟蹤控制器。仿真驗證了用切換模型設計的控制器相對于用非切換模型設計的傳統自適應控制器的優(yōu)越性。6.針對切換自適應系統設計了有限時間參數辨識器,分析了該真值在擾動作用下的精度；給出了無激勵條件時估計器的適應律形式,并分析了其