几类不确定非线性系统输出反馈控制分析与设计.doc

几类不确定非线性系统输出反馈控制分析与设计不确定非线性系统的反馈控制是控制科学中的核心问题,广泛地存在于工业、国防等现实生活中,例如,欠驱动吊车的防摆定位控制问题,机器人运动控制,航天器的鲁棒姿态跟踪控制等.近几十年来,随着科技的飞速发展,实际系统中会有更强的非线性和更多的不确定因素,如何寻找有效的控制设计方法来实现不确定非线性系统的控制目标已经受到控制理论界学者的持续关注.在不确定非线性系统中,更强的非线性和更多的不确定因素会使得非线性系统更具有一般化,但这也会使得在非线性系统控制分析与设计过程中可能会出现本质性的困难.当实际系统中的状态不能全部可用时,基于输出反馈的不确定非线性系统控制分析与设计就显得非常必要.当系统允许有了更多的非线性和不确定性,对不确定非线性系统进行控制分析与设计就会变得更困难.基于此,本文研究了几类不确定非线性系统的全局输出反馈控制.利用死区思想和反推方法,通过引入适当的动态高增益来处理系统中的非线性以及来自系统和被跟踪信号中严重的未知性,并构造合适的高增益观测器来重构系统的不可测状态,本文研究了几类不确定非线性系统的全局自适应输出反馈跟踪和一类随机非线性系统的全局输出反馈镇定,研究内容包含以下四个方面：一、具有函数控制系数的不确定非线性系统的全局自适应输出反馈实际跟踪该部分内容是论文的第三章,主要研究了一类具有函数控制系数的全局自适应输出反馈实际跟踪.与已有紧密相关的结果有着本质不同的是,所研究的系统控制系数是系统输出的函数,并且系统本身和参考信号中含有严重的未知性.为实现全局实际跟踪,首先引入一个高增益观测器来重构系统的不可测状态,然后设计出一个自适应输出反馈控制器.值得强调的是,所设计的观测器和控制器中的增益是时间和输出的函数,并且通过引入一个新的高增益自适应律来克服额外的系统非线性和上面提到的严重的未知性.所设计的控制器保证了闭环系统的所有状态都是全局有界的,并且进一步有,跟踪误差在经过一段有限时间后最终会达到充分小.二、不确定非线性系统的全局自适应输出反馈实际跟踪的进一步结果该部分内容是本文的第四章,主要研究了一类不确定非线性系统的全局自适应输出反馈跟踪.与已有文献中的结果不同,所研究系统的控制系数是输出的函数,系统非线性增长率是输出的多项式,并且系统非线性和参考信号中含有严重的未知性.为解决该问题,引入一个高增益观测器来重构系统的不可测状态,这里的高增益是两个动态增益的乘积：其中一个是用来补偿增长率中的系统输出的多项式,另外一个用来克服来自系统和参考信号中的严重未知性以及来自函数控制系数中的额外系统非线性.基于高增益观测器,成功设计出一个自适应输出反馈控制器保证了对系统的任何初始条件,所有闭环系统的状态都是有界的,并且跟踪误差在经过一段有限时间后最终会达到充分小三、拥有更多未知性的非线性系统全局自适应输出反馈实际跟踪该部分内容是本文的第五章,主要研究了一类不确定非线性系统的全局自适应输出反馈实际跟踪.与已有紧密相关文献中的结果不同,这里所研究的系统拥有未知的时变控制系数和系统输出的多项式增长率,与此同时,系统非线性和参考信号中允许有严重的未知性.为解决该问题,首先设计一个自适应观测器来重构系统的不可测状态,其中,引入一个新的动态增益来补偿系统非线性和参考信号中的严重未知性.基于此,由反推方法成功设计出的自适应输出反馈控制器使得闭环系统的所有状态都是有界的,并且跟踪误差在经过一段有限时间后最终会达到充分小.四、具有函数控制系数的随机非线性系统全局输出反馈镇定该部分内容为本文的第六章,主要研究了一类带有函数控制系数的随机非线性系统全局输出反馈镇定.与已有随机镇定相关文献中的结果不同,这里所研究系统的控制系数是系统输出的函数,而不再是常数.为解决该问题,首先引入一个适当的降阶观测器来重构系统的不可测状态,然后利用反推方法成功设计出一个光滑的输出反馈控制器,该控制器保证了闭环系统是依概率全局渐近稳定的.以上四部分分别给出了相应的仿真算例,验证了所给出的控制设计方法的有效性与可行性.