一类含扰动的动态系统自适应输出反馈控制

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近些年来,非线性系统问题成为控制领域一直在攻克的难题,研究人员们也将更多的注意力从线性系统转移到非线性系统上。同时,非线性系统模型相较于线性系统可以更精确地描述实际系统。考虑大部分不确定非线性系统存在状态不可测量的问题,本文结合自适应控制算法,基于观测器设计提出一类非线性系统自适应输出反馈控制。并在输出反馈完全可用的情况,进一步解决了系统中含有输入非线性以及扰动等问题。通过仿真实例对本文所提出的控制算法进行了验证。本文主要研究成果如下:(1)研究了一类状态未知的非严格反馈非线性系统,系统中含有输入饱和、不确定函数,设计自适应模糊输出反馈补偿控制策略,克服了非严格反馈系统存在输入饱和与虚拟信号中的代数环问题。采用模糊逻辑系统逼近饱和扰动项和不确定函数,并设计模糊状态观测器估计未知系统状态。设计含有fal函数的非线性跟踪微分器简化控制器设计,避免了反步法计算膨胀的问题,提高滤波误差收敛速度的同时解决快速收敛带来的稳定抖振问题。为消除跟踪微分器的滤波误差,在控制器中设计滤波误差补偿信号,提高控制精度。(2)在实际控制系统中,执行器饱和现象经常存在,这种现象会破坏系统的闭环性能,甚至导致系统的不稳定行为。针对部分状态未知和执行器饱和的非线性系统提出了一种抗饱和递归动态表面控制(RDSC)。在前馈路径中加入模糊补偿器作为主动干扰抑制项,以避免输入饱和引起的执行器失效问题。为了构造输出反馈控制,将系统转化为纯反馈的形式,设计改进的高阶滑模(HOSM)观测器进行未知状态估计。在结合RDSC的基础上,只使用一个模糊逻辑系统简化控制器设计。通过对执行器饱和的连续搅拌釜式反应器仿真进一步验证,结果表明该策略具有良好的鲁棒性,在状态不完全可测的情况下能有效地补偿非线性系统中执行器饱和所带来的影响。(3)针对一类非严格反馈非线性系统,系统中包含不确定函数和未知外部扰动,提出一种带不匹配扰动补偿的输出反馈模糊控制器。采用模糊逻辑系统构造模糊状态观测器观测系统未知状态。考虑观测器和控制器会受到外扰和模糊逼近误差构成的不匹配总扰动信号影响,采用改进的扰动观测器对不匹配扰动进行估计和补偿,使扰动观测误差能够在有限时间内平缓地收敛到任意小的范围,消除不匹配扰动信号对模糊观测器设计的影响。同时在控制器设计中进行扰动的精确补偿,提高系统的抗扰动性。在数值仿真和机电系统仿真上进一步验证了本文所提控制策略的有效性。
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