多输入多输出非线性切换系统自适应动态面控制设计及应用

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随着现代工业生产愈加复杂,其对控制系统性能的要求也越来越高,传统的线性控制理论方法已经很难满足各种实际需要,非线性控制的重要性显现的越来越突出。这是因为由于实际中的物理条件存在各种各样的制约,同时系统的状态受到约束的情形也十分普遍。因此,非线性系统的输入受限问题成为了一个非常重要的研究课题。另外,一方面,切换系统作为一种特殊的混杂系统在过去的几十年中受到了很多关注。其原因在于很多实际系统都需要建模为切换系统,例如交通系统、电力系统和机械系统等。另一方面,当前社会,网络控制已经应用到越来越多的领域。它不仅可以提高控制精度,而且还可以有效地降低成本。然而,使用网络控制可能会导致浪费大量的通信带宽,事件触发控制策略可以有效降低网络控制对通信带宽的占用。利用切换系统理论、动态面技术、反步法和Lyapunov函数等方法来研究非线性切换系统的事件触发自适应控制问题是一个可行的途径。但鲜有这方面的研究报道。本论文主要针对基于输入受限和外部干扰的多输入多输出非线性切换系统,研究其任意切换下的自适应跟踪控制和存在最小驻留时间下的事件触发自适应跟踪控制问题。详细内容如下:首先,针对具有输入饱和和外部干扰情况,研究多输入多输出的非线性切换系统在任意切换下的自适应动态面控制问题。基于反步法,设计Nussbaum干扰观测器去估计外部干扰,构造切换的辅助系统去处理输入饱和问题,利用切换的动态面技术去处理虚拟控制器在反步法求导过程中的“计算膨胀”问题,设计自适应控制器,再通过采用共同Lyapunov函数方法,保证闭环系统中的所有信号在任意切换下都是半全局一致有界的。同时,系统的跟踪误差收敛到一个紧集内。并将所提出的控制设计方法应用到变结构近空间飞行器模型中以说明其有效性。其次,针对具有输入饱和和外部干扰情况,研究多输入多输出的非线性系统基于事件触发的自适应轨迹跟踪控制问题。基于反步法,设计Nussbaum干扰观测器去估计外部干扰,构造辅助系统去处理输入饱和问题,利用动态面技术去处理虚拟控制器在反步法求导过程中的“计算膨胀”问题,设计自适应律,选取合适的触发阈值和事件触发的条件,重新设计控制器,再通过采用Lyapunov函数方法,保证了闭环系统中的所有信号在任意切换下都是半全局一致有界的。同时,避免事件触发过程中的Zeno现象。并将所提出的控制设计方法应用到近空间飞行器模型中以说明其有效性。再次,在具有输入饱和和外部干扰情况,研究多输入多输出的非线性切换系统研究其在存在最小驻留时间下的事件触发自适应动态面控制问题。在第一部分所设计的控制器的基础上,结合切换规则和第二部分的事件触发条件,重新设计控制器,保证闭环系统中的所有信号都是半全局一致有界的,系统的跟踪误差收敛到一个紧集内。同时,避免事件触发过程中的Zeno现象。并将所提出的控制设计方法应用到变结构近空间飞行器模型中以说明其有效性。最后,对全文进行总结和展望。
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