文档介绍：江南大学
硕士学位论文
不确定非线性系统的鲁棒自适应控制器的设计与分析
姓名:顾蕊
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:潘丰
20060301
摘要控制和变结构控制等方法对系统进行分析和设计,所设计的状态反馈鲁棒自适应控制器能控制系统都具有一定程度的非线性,而且多数系统具有各种不确定性,因此研究不确定非线性系统具有重要的理论价值和应用前景。反步设计法是研究不确定非线性系统自适应控制的一种有效的方法。针对具有参数不确定性和外部扰动不确定性的非线性参数化单输入单输出系统,基于李亚普诺夫函数分析系统,将反演算法结合自适应控制、鲁棒够保证系统的稳定性和鲁棒性。针对模型中的外界干扰不确定项,基于反步设计法来设计鲁棒自适应控制器,引入特定的非线性阻尼项来抑制外界不确定干扰项的影响,增强系统的鲁棒性。当干扰不确定性的上界未知的情况,同样可以把它看成是一个未知的参数,从理论上给出了这种情况的状态反馈鲁棒自适应控制器。针对控制增益函数可能存在不可参数化的不确定性,采用变结构控制方法和反演算法的结合,用变结构控制律来处理该不确定性。如果该不确定性可以转化为可参数化的形式,引入厶一增益控制方法来设计控制器,不仅能保证闭环系统的稳定性和所有信号的有界性,还能使系统具有辉鲆妫岣吡讼低车男阅堋为了解决传统反演算法所带来的微分爆炸问题,引入动态面控制的方法,在递推过程中引入玎个低通滤波器,可以有效地避免递推过程中的反复求导运算,大大减少了计算量。设计的控制器,能使系统很好地跟踪期望轨迹。通过研究,解决了对几类不确定非线性系统进行鲁棒自适应控制器设计与分析这一问题。通过仿真,对每种方法设计的控制器都进行了验证,仿真结果进一步表明了它们的有效性。关键词:非线性系统,自适应,反步法,不确定性,鲁棒性
琲彘.,—,也甀瓸瓼—琤,.猣琤,...:,,,
导师签名:麟签名:面蕴殛慈。旰鷉。￡年关于论文使用授权的说明独创性声明保密的学位论文在解密后也遵守此规定。本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:日期:本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定:江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文,并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。
第一章绪论非线性系统的鲁棒自适应控制反步设计方法法极大地推动了非线性系统方面的研究【。随着微分几何和微分代数控制方法的出现,近年看作是微分几何方法的间接应用8梅椒ㄓ蒏等【晔紫忍岢鲋笠鹆非线性是普遍存在于许多控制系统当中的,从本质上讲非线性是绝对的、全局的,而线性则是相对的、局部的【。因此,我们说非线性系统才是最一般的系统。有些非线性对系统的运行是有害的,有些则是有益的,因此我们在考虑的时候要设法克服它的有害影响。非线性控制系统早期的研究都是针对一些特殊的、基本的系统缂痰纭⒈ズ汀⑺狼而言的,其代表性的理论有相平面法、描述函数法、李亚普诺夫稳定性理论和输入输出稳定性理论另一方面,在实际中任何一个系统都具有不同程度的不确定性。所谓的“不确定性”是指描述的对象及其环境的数学模型不是完全确定的,其中包含一些未知因素和随机因素。外部环境对系统的影响,可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预知的;也可能是随机性的【俊O低炒嬖诟髦指餮牟蝗范ㄐ允保杓瞥鍪实钡目刂谱饔茫沟孟低橙能自动地工作于最优或接近最优的运行状态,就提出了自适应控制。最早的自适应控制方案是由美国麻省理工学院Ⅱ的怀特克教授首先提出的,用于飞机自动驾驶仪的模型参考自适应控制,称为桨浮4撕螅允视刂蒲芯糠⒄寡杆佟自适应控制的目标是使控制系统对过程参数的变化、干扰及对未建模动态特性敏感。不确定非线性系统的自适应控制系统主要有:自校正控制Ⅱ湍P筒慰甲允视刂。鲁棒性是对自动控制系统最基本的要求之一,因此,非线性控制系统的设计必须考虑系统的鲁棒性,即非线性控制的鲁棒控制问题。所谓鲁棒性是指当不确定性在一组给定的范围内发生变化时,控制系统的品质不因不确定性的存在而遭到破坏的特性B嘲艨刂坪自适应控制都是为了使系统对不确定性具有强的鲁棒性,各有优缺点,综合他们的控制优点,形成了鲁棒自适应控制方法。该方法在不确定非线性系统控制中被广泛应用。一种研究非线性系统的思路是利用现代数学方法,其中的微分几何和微