基于多种约束条件的非线性系统自适应控制方法研究

发布时间：2020-04-17 20:50

【摘要】：绝大多数的控制问题可以分为镇定问题、调节问题和跟踪问题三类,它们都属于轨迹跟踪问题。而跟踪性能的好坏是评判控制算法优良的重要标准之一,传统的非线性自适应控制中的性能问题仅限于保证系统跟踪误差收敛于某个剩余集,而剩余集的大小取决于设计参数的大小和一些未知项的大小,没有系统的方法去决定所要求的界限。但必须指出,许多控制问题对性能问题(瞬态性能、稳态性能)有明确的要求,因此研究满足预先性能约束的轨迹跟踪控制问题具有重要的理论和实际意义。又考虑到非线性、参数不确定、外部干扰、执行器故障和输入饱和特性等约束条件广泛存在于实际工程问题中,本文针对基于多种约束条件的非线性系统自适应控制问题展开深入研究。首先,研究了一类存在性能约束的受扰不确定非线性系统的容错跟踪问题。通过引入性能函数将传统的跟踪误差转换成广义跟踪误差,将广义跟踪误差用于控制设计,巧妙地解决了性能约束问题;采用提取核心函数的思想处理系统中的不确定非线性部分;在控制器设计过程中,采用动态面控制技术,引入一阶滤波器和界限层误差,运用自适应Backstepping控制器设计方法进行设计自适应控制率和更新率,成功解决了系统中存在的外部干扰和执行器故障所带来的影响。所设计的控制算法能够在存在上述约束条件下实现对目标轨迹的稳定跟踪,满足预先指定性能要求(瞬态性能、稳态性能),同时确保闭环系统的内部信号都是连续且有界的。仿真结果也验证了所设计控制方案的有效性。其次,研究了一类存在性能约束的输入饱和严反馈非线性系统的容错跟踪控制。通过引入软饱和函数和一个有界函数对输入饱和特性曲线进行近似处理,巧妙地解决了执行器中存在的输入饱和非线性;同样,通过性能函数处理预先性能约束条件;运用鲁棒自适应控制理论来处理不可预测并且时变的执行器故障,使得设计出来的控制器具有一定的容错性;引入Nussbaum类型函数解决系统控制增益未知的问题:在传统的Backstepping控制器设计方法中加入动态面控制思想,避免出现“微分爆炸”问题。最后设计的控制方案能够保证系统在存在执行器输入饱和、不可预测和时变执行器故障、参数不确定和外部干扰的约束条件下,实现保证预先指定性能要求的容错跟踪控制。通过李雅普诺夫稳定性理论证明了控制方案的稳定性,仿真结果验证了控制方案的有效性。
【图文】：

图 3.2 实际跟踪误差 e( t )和Fig.3.2 Curves of actual tracking error e( 说明3.4根据公式(3.4)-(3.6)可知，最大超调的上界和负数最大超调的下收敛速度的下界。常数 和 的含可以通过改变设计参数0 , , l, 和 踪性能和稳态跟踪性能。3.2.2 误差转换从公式(3.4)中可以看出，如果跟踪期望的瞬态性能和稳态控制精度都可控制器，那么就会出现很多的技术挑e其中1z 称为广义跟踪误差，1T ( z )是

学硕士学位论文 4 基于性能约束的输入饱和严反馈非线性系统的容错控设4.2假设控制增益b x ,t 是一个时变的函数，其具体数学表达式未知，，增益方向是可以知道的。即存在两个正常数0b 和mb 使得以下不等式(4.200 ( , )m b b x t b (4们可以对控制增益b x ,t 的正负进行假设，不失一般性，假设控制增t 始终大于零，则有以下不等式(4.3)成立：00 ( , )m b b x t b (4输入饱和约束
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O231

【参考文献】

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本文编号：2631288