非对称非光滑受限输入非线性系统的稳定跟踪控制

摘要

实际工程系统中的控制输入大部分都属于饱和输入形式，并且是非对称和非光滑的，而且大部分的参数都是不确定的，系统长期运行中也不可避免会出现执行器的故障问题。考虑到大多数工程系统存在着以上问题，本文针对非对称非光滑饱和输入与执行器故障的多种不确定因素非线性系统展开了深入的研究。
　　首先，研究了一类非对称非光滑饱和输入与执行器故障的一般形式高阶非线性系统，并设计了鲁棒自适应控制方案和容错控制方案。该控制方案中引入一个定义良好的非对称光滑函数，目的是用该函数来近似非光滑的饱和输入函数。并且该方案与大多数用于高阶非线性系统的现有控制方案不同，大多数方案都需要假设控制增益是未知常数，本文设计的控制器只需要控制增益是有界时变函数。在这项研究工作中，所设计的控制方案可以保证系统所有的闭环信号是全局统一有界的，并且该方法通过Lyapunov稳定性理论严格证明。仿真研究的结果验证了所设计的控制方案的有效性。
　　其次，研究并探讨了一类非对称非光滑控制输入与执行器故障的严格反馈非线性系统。针对这类系统，设计出了廉价计算的鲁棒自适应动态面控制器和容错控制器。方案中通过引入三种定义良好的非对称光滑函数和一种Nussbaum类型函数，前者用来对非对称非光滑的控制输入函数进行近似，后者用来解决未知的时变控制增益难控制的问题。这与大多数现有方法相比，其显示出几个吸引人的特征。例如能够处理随时间变化的未知控制增益和参数不确定性；能够处理非对称和非光滑控制输入的情况而不需要控制输入函数界限的先验知识；能够适应意外的执行器故障；并且结构简单和计算成本低。在所提出的控制方案的调节下，闭环系统中的所有信号最终都能达到半全局均匀最终有界。最后，利用仿真研究所得到的结果来证明所提出的控制器设计方法的可行性。所提出的设计方法能够有效地解决所有这一类的非对称非光滑控制输入与执行器故障的非线性系统的控制问题。
　　本文解决了同时具有非对称非光滑饱和输入、外部扰动、控制增益时变、参数不确定和不可测的执行器故障等多种不确定因素的一般高阶非线性系统和严格反馈非线性系统对预定轨迹的稳定跟踪控制问题。
　　最后，对本文研究内容的局限性进行了讨论，并针对这些不足给出了对该类系统进行深入展开研究的大致反向。

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容

2 预备知识

2.1 输入饱和问题阐述

2.2 输入饱和问题的一般处理方法

2.3 数学理论

2.4 反步方法 ( Back-stepping ) 和 DSC 技术概述

2.5 本文中所用到的符号

3 非对称非光滑受限输入一般高阶非线性系统的跟踪控制

3.1 问题描述

3.2 一般高阶非线性系统的跟踪控制器设计与稳定性分析

3.3 一般高阶非线性系统的容错控制器设计与稳定性分析

3.4 控制系统仿真研究

3.5 本章小结

4 非对称非光滑受限输入严反馈非线性系统的跟踪控制

4.1 问题描述

4.2 坐标变换预处理

4.3 严反馈非线性系统的跟踪控制器设计与稳定性分析

4.4 严反馈非线性系统的容错控制器设计与稳定性分析

4.5 控制系统仿真研究

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的专利成果目录

C. 作者在攻读学位期间参与科研项目目录