具有扰动的非线性系统抗干扰控制器设计

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非线性系统的反馈控制一直是控制学界研究的重要问题.由于现实世界中非线性和不确定性普遍存在,如测量噪声、外部干扰、建模误差和未建模动态,这些不确定性及干扰往往会对闭环系统的动态性能造成严重影响.在真实的物理系统中,很难甚至无法测量完全状态.因此,研究这类存在干扰及不确定性的非线性系统的控制问题并设计相应的抗干扰控制器,在理论和工程上至关重要.近几十年来,关于不确定非线性系统的鲁棒控制受到了广泛的关注,并产生了许多卓有成效的相关成果,如自适应反馈线性化、自适应反步法、滑模控制等.本文研究了一类不确定非完整系统、具有一定增长约束的非完整系统和一类具有非消失外部干扰的非线性系统的抗干扰控制器设计,主要借助了反步法、动态增益缩放技术、扩张状态观测器设计等方法,进行其抗干扰控制器设计.本文的研究工作主要包括以下三部分:第一,针对一类具有不确定性的非完整系统,研究其全局输出反馈镇定问题.为估计外部干扰以及系统状态,外部干扰项被视为一般状态,构造一个高增益扩张状态观测器,同时估计系统状态和干扰项,运用动态增益缩放变换对系统进行重构,利用反步法设计了抗干扰控制器,该控制器能保证系统状态收敛于平衡点,并且闭环系统的所有信号都全局有界.两个仿真证明了控制算法的有效性.第二,考虑了一类具有增长约束条件的非完整系统输出反馈控制问题.外部扰动被视为扩张状态,构造的一种扩张状态观测器对系统状态和扰动项估计,利用动态增益缩放技术将原系统进行重构,利用反步法设计了一种抗干扰控制器对系统进行反馈控制,设计的控制器可以使系统全局渐近稳定性,闭环系统的所有信号全局有界.两个仿真证明了控制律的可行性.第三,研究了一类存在外部扰动的非线性系统的抗干扰控制器设计问题.外部扰动被视为系统广义状态,设计高增益扩张状态观测器同时估计系统全状态及外部扰动,利用动态增益缩放技术对系统进行重构,利用反步法构造的抗干扰控制器能使这类存在非消失扰动的非线性系统实现全局渐近稳定,闭环系统的所有信号实现全局有界.两个仿真证明了控制算法的有效性.
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