随机非线性系统的反步控制及其镇定研究

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhangtao707382332
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随机非线性系统被广泛地应用于很多机械系统及电力系统等实际工程模型中.由于系统考虑了随机扰动和非线性干扰等外界环境噪声,随机非线性系统的控制镇定问题一直都是现代控制领域的热点之一.近年来,越来越多的系统控制方法被相继提出,如反步法、神经网络控制及模糊控制等等,还被用于解决随机非线性系统的控制器设计.作为一套完整的非线性控制方法,反步设计因其较强的抗干扰能力,备受众多学者的关注.本文针对几类随机非线性系统,将加幂积分器、齐次性概念、时变控制法及自适应控制法分别引入到反步框架中,处理系统中诸多不确定干扰因素,如高次项、未知参数、时间变量及不可观测状态等等,巧妙地设计出系统的反馈控制器.此外,依据随机稳定性理论,如有限时间稳定和全局渐近稳定等,通过设计Lyapunov函数来实现整个闭环系统的镇定目标.本文的主要研究工作包括以下几方面:1.研究了一类高阶随机非线性系统的有限时间状态反馈镇定.通过利用Ito公式、符号函数及反步迭代,设计出一连续的状态反馈控制器来保证整个闭环系统存在一解且是依概率有限时间稳定的.为了保证反步过程的顺利进行,一新形式的控制参数qi(i=1,,n)被引入到控制器的设计中.最后,结合三个数值仿真来说明该状态反馈控制器的有效性.2.研究了一类下三角结构随机非线性系统的C1及光滑反馈控制器构造问题.借助反步思想,单调齐次性概念及符号函数,逐步设计出系统的C1状态反馈控制器.通过构造多项式型Lyapunov函数证明了整个闭环系统的依概率全局渐近镇定.此外,通过修正系统的齐次度构造了三维高阶随机非线性系统的光滑状态反馈控制器.利用三个数值仿真来验证控制器的有效性.3.讨论了一类非自治随机前馈系统的输出反馈控制问题.由于多重未知量存在于系统中,使得系统的状态均是不可观测的或未知的,这就意味着这些状态无法被应用于系统控制设计中.为了补偿系统的所有状态,一全阶形式的K-过滤器被引入到反步设计中.借助扇形区域理论及时变控制法,设计出一时变形式的输出反馈控制器.依据改进的LaSalle型定理证明了整个闭环系统的全局镇定.最后,利用一感应加热电路系统来验证控制方案的有效性.4.研究了一类随机不完整系统的自适应输出反馈控制问题.考虑到系统中存在未知控制系数及未知非线性参数,利用自适应控制法及参数分离技巧来设计一自适应的输出反馈控制器,实现整个闭环系统的镇定控制.在反步设计中,引入一降阶形式的K-过滤器补偿系统的不可观测状态.随后,一切换控制策略也在控制方案中被具体给出.最后,通过一带有随机噪声的双线性模型来验证所提出的控制方案。
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