一类非线性级联反馈系统的鲁棒自适应控制

摘要

鉴于需要控制的动态系统的复杂性和高不确定性，许多可靠模型都不能在高性能的工程应用中使用。面对如此高的系统的不确定性，使用鲁棒控制不可避免的会牺牲系统的性能，而自适应控制会取得较好的效果，因为其能够适应系统的不确定性，并在一定程度上提高系统性能。鲁棒控制器内部的反馈控制规律使用固定的常数来维持系统的鲁棒性能，和有固定增益的鲁棒控制器相比，自适应控制器直接或间接的调节反馈增益来维持闭环系统的稳定性，并且在面对系统不确定性时提高系统的性能。具体来说，间接自适应控制器采用参数更新律来识别未知的系统参数，并通过调节反馈增益来适应系统变化，而直接自适应控制器则是通过直接调节控制器增益来适应系统变化。本文结合鲁棒控制和自适应控制，对含有不确定性的非线性系统进行控制。
　　本文针对有半严格反馈形式的一类非线性特殊系统提出了一种基于鲁棒H∞的自适应反演控制方法，保证了系统是输出稳定的。在实际应用中，这类系统的主要特点是第一个子系统是线性不确定系统，因而很自然的将H∞方法引入到反演步骤中来，能同时保证系统鲁棒稳定性和鲁棒性能。而后，在每一步设计中，为了应对未建模非线性和外部扰动，虚拟控制信号被设计成一个补偿项和一个鲁棒项，并用投影自适应方法用来跟踪系统中的未知参数。最后，通过李雅普诺夫的框架，提出的控制方法能够保证：1）系统的信号是一致有界的，并且通过选择合适的控制参数能够收敛到一任意小的紧集；2）如果经过一段时间，系统仅遭受参数不确定性，即外界扰动以及未建模动态消失，系统的输出将渐近收敛于0；3）闭环系统的L2性能。
　　最后，本文作为一个应用研究，在考虑半车模型的振动控制的同时，将执行器的液压模型考虑进来，得到一个由主动悬架子系统和液压子系统的级联而成的控制系统。设计中，首先通过对主动悬架子系统运用H∞控制实现多目标控制，在尽可能减小车身垂直位移和俯仰角加速度的情况下，使得在整个时域上满足悬架行程约束，执行器饱和，轮胎动静载荷比的硬实时约束；然后对于液压子系统，通过自适应控制对不确定参数弹性模量βe设计了参数更新律，并设计控制输入u来进行模型补偿和参数自适应以及处理未建模动态和参数不确定。通过仿真验证了鲁棒H∞反演自适应控制的有效性。

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第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 反演控制的研究概况

1.3 主动悬架系统的控制算法

1.4 本文主要研究内容

第2章 理论基础

2.1 一些基本定义

2.2 鲁棒H∞控制

2.3 反演控制

2.4 小结

第3章 基于自适应反演的鲁棒H∞控制算法

3.1 引言

3.2 问题描述

3.3 控制器设计

3.4 稳定性和性能分析

3.5 小结

第4章 基于鲁棒自适应的多目标主动悬架系统的控制

4.1 引言

4.2 系统建模和问题描述

4.3 控制算法设计

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

结论

参考文献

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