幾類不確定非線性系統(tǒng)輸出反饋控制分析與設(shè)計(jì)

幾類不確定非線性系統(tǒng)輸出反饋控制分析與設(shè)計(jì)不確定非線性系統(tǒng)的反饋控制是控制科學(xué)中的核心問題,廣泛地存在于工業(yè)、國防等現(xiàn)實(shí)生活中,例如,欠驅(qū)動(dòng)吊車的防擺定位控制問題,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(shí)際系統(tǒng)中會(huì)有更強(qiáng)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(jì)方法來實(shí)現(xiàn)不確定非線性系統(tǒng)的控制目標(biāo)已經(jīng)受到控制理論界學(xué)者的持續(xù)關(guān)注.在不確定非線性系統(tǒng)中,更強(qiáng)的非線性和更多的不確定因素會(huì)使得非線性系統(tǒng)更具有一般化,但這也會(huì)使得在非線性系統(tǒng)控制分析與設(shè)計(jì)過程中可能會(huì)出現(xiàn)本質(zhì)性的困難.當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)中的狀態(tài)不能全部可用時(shí),基于輸出反饋的不確定非線性系統(tǒng)控制分析與設(shè)計(jì)就顯得非常必要.當(dāng)系統(tǒng)允許有了更多的非線性和不確定性,對(duì)不確定非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制分析與設(shè)計(jì)就會(huì)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(dāng)?shù)膭?dòng)態(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(hào)中嚴(yán)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(jī)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(gè)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(shí)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(shí)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(hào)中含有嚴(yán)重的未知性.為實(shí)現(xiàn)全局實(shí)際跟蹤,首先引入一個(gè)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(jì)出一個(gè)自適應(yīng)輸出反饋控制器.值得強(qiáng)調(diào)的是,所設(shè)計(jì)的觀測器和控制器中的增益是時(shí)間和輸出的函數(shù),并且通過引入一個(gè)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(yán)重的未知性.所設(shè)計(jì)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(jìn)一步有,跟蹤誤差在經(jīng)過一段有限時(shí)間后最終會(huì)達(dá)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(shí)際跟蹤的進(jìn)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(xiàn)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(xiàng)式,并且系統(tǒng)非線性和參考信號(hào)中含有嚴(yán)重的未知性.為解決該問題,引入一個(gè)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(gè)動(dòng)態(tài)增益的乘積：其中一個(gè)是用來補(bǔ)償增長率中的系統(tǒng)輸出的多項(xiàng)式,另外一個(gè)用來克服來自系統(tǒng)和參考信號(hào)中的嚴(yán)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(jì)出一個(gè)自適應(yīng)輸出反饋控制器保證了對(duì)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(shí)間后最終會(huì)達(dá)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(shí)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(shí)際跟蹤.與已有緊密相關(guān)文獻(xiàn)中的結(jié)果不同,這里所研究的系統(tǒng)擁有未知的時(shí)變控制系數(shù)和系統(tǒng)輸出的多項(xiàng)式增長率,與此同時(shí),系統(tǒng)非線性和參考信號(hào)中允許有嚴(yán)重的未知性.為解決該問題,首先設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)新的動(dòng)態(tài)增益來補(bǔ)償系統(tǒng)非線性和參考信號(hào)中的嚴(yán)重未知性.基于此,由反推方法成功設(shè)計(jì)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(shí)間后最終會(huì)達(dá)到充分小.四、具有函數(shù)控制系數(shù)的隨機(jī)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(jī)非線性系統(tǒng)全局輸出反饋鎮(zhèn)定.與已有隨機(jī)鎮(zhèn)定相關(guān)文獻(xiàn)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(gè)適當(dāng)?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