带有约束的非线性系统自适应模糊控制

发布时间：2020-04-29 11:13

【摘要】：近些年,对非线性系统控制的研究已取得了一定的进展,但仍存在很多问题需要深入研究。首先,大多数现有的非线性系统自适应控制研究工作是基于状态无约束条件下进行的。而实际系统中,约束是普遍存在且不可避免的,并且违反约束会导致系统性能损坏,甚至导致系统不稳定。其次,现有的对约束非线性系统的研究工作大部分都是基于状态可测条件下设计控制器使得系统达到稳定,而实际系统中状态常常会出现不可测的情况。进一步地,现有约束非线性系统研究工作大多数是基于常数约束,而对于时变约束控制的研究较少。本文主要研究状态不可测的约束非线性系统跟踪控制问题。本文主要围绕纯反馈非线性系统和非严反馈非线性系统的约束控制问题展开研究,主要内容概括如下:1.首先,研究被控系统状态不可测的全状态约束的纯反馈非线性系统的跟踪控制问题。利用模糊逻辑系统来逼近被控系统中的未知函数,通过设计模糊状态观测器来估计被控系统的不可测状态。在Backstepping的每一步中考虑加入障碍Lyapunov函数,设计出不违反全状态约束条件的输出反馈控制器。通过构造障碍Lyapunov函数,所设计的控制策略保证了跟踪误差实现了一致最终有界。2.其次,研究具有全状态约束的非严反馈时滞非线性系统的跟踪控制问题。通过设计线性高增益观测器来估计系统的不可测状态,再利用变量分离技术解决非严反馈系统结构带来的Backstepping设计难点。通过在Backstepping的每一步中加入障碍Lyapunov函数,设计出自适应输出反馈控制器。所设计的控制方案使得跟踪误差实现一致最终有界且不违反全状态约束条件。3.最后,研究具有时变输出约束和输入饱和的纯反馈时变时滞非线性系统跟踪控制问题。设计模糊观测器来估计被控系统的不可测状态,再利用辅助动态系统补偿了设计过程中的输入饱和。考虑非对称障碍Lyapunov函数来保证不违反时变输出约束。同时考虑了状态为常约束的控制问题。基于自适应Backstepping控制和Lyapunov稳定性定理,证明了所提出的自适应模糊输出反馈控制策略能够满足约束条件,同时能够确保闭环系统的所有信号达到一致最终有界。
【图文】：

1,1,1,1,1 , 1, 1,1,1,1,1 , w 1。仿真结果如图3.1-3.4所示。图3.1(a)显示了设计的控制器保证了良好的输出跟踪性能且图3.1(b)表示跟踪误差。在图3.2(a)可以看出，，设计的控制器保证了对于所有的t 0,状态变量1x 和2x 一直保持在约束区域1 2x 0.4, x 1.8上。图3.2(b)为控制输入曲线。图3.3(a)和图3.3(b)表示所有的闭环系统信号均是有界的。图3.4(a)和图3.4(b)可以看出状态观测器是可行的。从图3.1-3.4的仿真结果可知，提出的模糊输出反馈方法可以实现良好的控制性能。(a) 跟踪结果 (b) 跟踪误差图3.1 系统的跟踪结果与跟踪误差

21(a) 状态约束 (b) 输入控制图3.2 系统的状态约束与输入控制(a) 自适应参数 i (b) 自适应参数1 2 ,w 图3.3 系统的自适应参数(a)1x 观测结果 (b)2x 观测结果图3.4 系统的观测结果
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O231

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本文编号：2644514