固定时间收敛动态面Backstepping控制

发布时间：2021-07-20 01:25

　　针对传统Backstepping动态面控制中滤波器跟踪误差及控制误差在靠近原点阶段收敛较慢、收敛时间无限大、控制器增益存在脆弱性等问题,设计了适用于具有不确定和外干扰的高阶多输入多输出非线性系统的固定时间收敛动态面Backstepping控制。首先提出并证明一种新的固定时间收敛的李雅普诺夫定理;基于此结论,将每一层子系统的虚拟控制器和滤波器均设计为固定时间收敛的新型结构。相对现有方案,新方案的优点是:1)加快了跟踪误差轨迹在远离和靠近平衡点两个阶段的收敛速度,即全论域的快速化;2)避免了参数脆弱性的问题;3)跟踪误差和控制误差都是固定时间收敛的,即不论初始误差多大,收敛时间不仅有限而且存在与初始误差无关的固定上界;4)虚拟控制器和控制器均为非奇异的。 

【文章来源】：电光与控制. 2020,27(10)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

3种滤波器跟踪误差对比图

3种动态面Backstepping控制跟踪误差图

图2 3种动态面Backstepping控制跟踪误差图图2(a)～图2(c)分别是3种滤波器对应下被控状态x1的第1个分量,图2(d)～图2(f)分别是3种滤波器对应下被控状态x1的第2个分量。根据图2(a)和图2(d)可知,传统的指数收敛动态面Backstepping控制在跟踪误差较大时,收敛速度较快,所以约在4 s进入稳态。但由于指数收敛在跟踪误差较小时,收敛速度较小,因此稳态误差较大。与之相反的,根据图2(b)和图2(e)可知,有限时间收敛动态面Backstepping控制的优点在于稳态误差较好,但在误差较大时收敛较慢,所以误差曲线约在6 s进入稳态。本文提出的固定时间动态面Backstepping控制则在任何阶段均具有优良的控制性能,所以约在0.1 s进入稳态,且具有非常小的稳态误差。


本文编号：3291832