非对称约束的不确定非线性系统有限时间反步控制及应用

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近年来,不确定非线性系统控制发展迅速,国内外学者相继提出多种非线性控制方法。有限时间控制因具有收敛速度快和跟踪精度高等特点而受到越来越多的关注,且已被广泛应用于多个领域。论文针对非对称约束/外界干扰/不确定/执行器故障影响下的非线性系统的控制问题,提出非对称约束的有限时间反步控制策略,主要内容如下:首先,针对具有输出约束和外界干扰的非线性系统的跟踪控制问题,提出有限时间反步控制策略。采用非对称障碍Lyapunov函数约束系统的输出。为估计外界干扰,设计固定时间干扰观测器,使估计误差在固定时间内收敛到零。通过反步控制方法设计控制器,基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统在有限时间内有界稳定,且系统输出保持在约束边界内。通过永磁同步电机的角速度跟踪控制问题验证控制策略的有效性。其次,针对带有输出约束和外界干扰的非线性系统,设计自适应固定时间反步控制策略。为使系统输出满足约束条件,采用对数非对称障碍Lyapunov函数。基于固定时间干扰观测器估计外界干扰。为解决反步控制中的“计算爆炸”问题,设计自适应固定时间滤波器,采用自适应律对虚拟控制输入导数的未知上界进行估计。结合Lyapunov理论证明闭环系统在固定时间内有界稳定。通过永磁同步电机的角速度跟踪控制问题验证控制策略的有效性。最后,针对全状态约束、不确定和执行器故障综合影响下的不确定非线性系统的跟踪控制问题,提出固定时间容错控制策略。通过引入状态变换函数解决系统的全状态约束问题。基于径向基神经网络逼近不确定项。并采用自适应律消除执行器故障的影响。在此基础上,结合反步控制,设计固定时间容错控制器,利用Lyapunov稳定性理论证明闭环系统在固定时间内有界稳定,结合永磁同步电机的角速度跟踪控制问题验证控制策略的有效性。
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