一类非线性系统基于干扰观测器的复合控制方法研究

摘要

外干扰、模型不确定性、非线性和时滞现象广泛的存在于各类工业系统中。这些因素将导致系统品质的下降，甚至引起系统的不稳定。故对带有干扰的非线性系统的分析和控制一直是控制理论界的研究热点之一。
　　 本论文基于Lyapunov稳定性，将基于干扰观测器的控制(DOBC)理论分别与H∞控制理论和最终滑模控制(TSMC)理论相结合，以线性矩阵不等式(LMI)为主要数学工具，研究了含有干扰的非线性系统的干扰抵消和抑制的控制方法。主要研究内容如下：
　　 将DOBC和H∞控制的复合控制方法应用到硬盘驱动器(HDD)上。首先重点分析了其磁头驱动机构—音圈马达(VCM)在磁头定位运动时所受到的干扰，然后针对输入通道中挠性扁电缆带来的非线性干扰和磁盘驱动器带来的重复性干扰用DOBC方法进行抵消，针对输入通道外的磁盘驱动器带来的非重复性干扰、未建模动态、参数和结构的不确定性引起的建模误差和外部干扰用H∞控制方法进行抑制。最后通过IBM硬盘驱动器的仿真验证了该方法的有效性。
　　 将DOBC和H∞控制的复合控制方法推广到一类含有干扰的非线性时滞系统中。针对非线性项已知和未知的情况分别设计时滞降阶干扰观测器，通过将降阶干扰观测器和传统控制器相结合，既对干扰进行了抵消和抑制，又解决了由时滞引起的问题。最后对飞机控制系统的仿真验证了该方法的有效性。
　　 将DOBC和最终滑模控制(TSMC)相结合，应用到一类含有干扰的非线性时滞系统中。首先针对输入通道中可由一个动态子系统描述的干扰信号用DOBC方法进行抵消，然后利用TSMC对输入通道外的干扰进行抑制。通过该复合控制律的作用，可保证系统状态于设定的有限时间到达滑模面，并使系统干扰在滑模面上满足H∞性能指标。最后，对飞机控制系统的仿真验证了该结论的有效性。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题来源与意义

1.2具有干扰的非线性系统的研究现状

1.3 DOBC的发展及研究现状

1.4本文内容

第二章预备知识

2.1.Lyapunov稳定性

2.1.1Lyapunov稳定性定义

2.1.2 Lyapunov稳定性引理

2.1.3二次稳定性

2.2LMI的概述

2.2.1 LMI 定义

2.2.2 LMI标准化的问题

2.3 H∞控制理论

2.3.1 H∞控制理论的发展历程

2.3.2 H∞控制理论基础

2.4滑模变结构控制理论

2.4.1 滑模变结构控制理论的发展概况

2.4.2滑模变结构控制的基本概念

2.4.3滑模变结构控制的主要特点

2.5时滞系统的概述

2.5.1 时滞系统的研究背景

2.5.2时滞系统的分类和稳定性分析

第三章一类硬盘驱动系统的DOBC与H∞复合控制方法

3.1 引言

3.2 问题描述

3.2.1硬盘驱动器的结构

3.2.2含扰动因素的VCM模型

3.3主要结论

3.4仿真

3.5 结论

第四章非线性时滞系统的DOBC与H∞复合控制方法

4.1 引言

4.2问题描述

4.3主要结论

4.3.1 非线性已知时的DOBC和H∞复合控制

4.3.2非线性朱知时的DOBC和H∞复合控制

4.4仿真

4.4.1 非线性已知时的DOBC和H∞复合控制

4.4.2 非线性未知时的DOBC和H∞复合控制

4.5结论

第五章非线性时滞MIMO系统的DOBC与TSMC的复合控制方法

5.1 引言

5.2 问题描述

5.3主要结论

5.3.1干扰观测器的设计

5.3.2基于干扰观测器的滑模控制

5.4仿真

5.5 结论

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2存在的问题及工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的论文成果