单边Lipschitz观测器及其在机械系统中控制设计

发布时间：2017-10-10 12:03

  本文关键词：单边Lipschitz观测器及其在机械系统中控制设计

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【摘要】：状态反馈是现代控制理论研究中各种综合问题如镇定、解耦控制、无静差跟踪以及二次型最优控制得以实现的主要手段之一。然而,实际应用中状态往往不易直接量测,或者受制于经济上或物理上的限制,难以获得系统的全部状态。动态系统的状态通常需要利用系统的输入和输出信息来重构,即设计所谓的状态观测器,从而借助重构的状态来实现状态反馈。状态观测器设计问题是控制系统设计中的核心问题之一,它不仅具有重要的理论研究意义,也可为系统状态监测、故障检测与隔离、混沌同步设计等工程实际问题提供有效的解决方案。工程实际中的大多数物理系统,包括很多机械控制系统,本质上是非线性的,甚至是奇异的,因而针对非线性奇异系统的状态估计问题是亟待解决的重要问题之一。这些系统一般满足全局或局部Lipschitz非线性条件,但现有文献中针对Lipschitz非线性系统的观测器设计方案通常仅适用于Lipschitz常数较小的情形。本文在已有Lipschitz观测器设计的基础上,引入保守性更低的单边Lipschitz条件,并考虑外部扰动等不确定因素的影响,研究单边Lipschitz非线性奇异系统的全维和降维状态观测器设计方法及其在机械控制系统中的应用。此外,研究了基于单边Lipschitz非线性观测器的单连杆柔性机械臂系统控制设计方案。本文共有六章,主要研究内容归纳如下:(1)针对存在外界干扰和参数不确定性的连续时间Lipschitz非线性奇异系统,基于Lyapunov稳定性理论设计了保守性更低的H?非线性观测器,建立了易于检验的线性矩阵不等式型观测器存在性充分条件;(2)在单边Lipschitz非线性框架下,应用矩阵不等式方法和奇异系统理论,设计了离散时间单边Lipschitz非线性奇异系统的全维和降维观测器,并考虑了其在机械系统中的应用;(3)基于单边Lipschitz非线性观测器和矩阵不等式技术,利用重构的系统状态实现了单边Lipschitz非线性系统的控制设计,并利用单连杆柔性机械臂系统进行了仿真分析。本文中所提出的非线性观测器设计方案和基于观测器的控制设计方案,均利用Scilab或Matlab等软件平台进行了仿真分析,仿真效果进一步地验证了所提出的观测器设计方法以及基于观测器控制设计方法的有效性。
【关键词】：单边Lipschitz 奇异系统 状态观测器 控制器设计 柔性机械臂系统
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 课题来源12
• 1.2 课题研究背景和意义12-14
• 1.3 国内外研究概况14-21
• 1.3.1 非线性系统观测器研究概况14-18
• 1.3.2 基于观测器的柔性机械臂控制设计研究概况18-21
• 1.4 论文主要研究内容21-23
• 第二章 非线性系统观测器设计的相关理论基础23-35
• 2.1 非线性系统观测器简介23-25
• 2.2 Lyapunov稳定性理论25-27
• 2.3 非线性观测器设计理论27-30
• 2.4 线性矩阵不等式简介30
• 2.5 相关定义及基本引理30-32
• 2.6 柔性机械臂状态空间模型简介32-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第三章 Lipschitz非线性奇异系统H_∞观测器设计35-45
• 3.1 系统描述和预备知识35-36
• 3.2 非线性H_∞观测器设计36-42
• 3.3 数值仿真分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 单边Lipschitz非线性奇异系统观测器设计及应用45-55
• 4.1 系统描述和预备知识45-46
• 4.2 全维观测器设计46-49
• 4.3 降维观测器设计49-52
• 4.4 在柔性机械臂系统中的应用52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 基于观测器的柔性机械臂控制器设计55-65
• 5.1 系统描述和预备知识55
• 5.2 基于观测器的控制器设计55-61
• 5.3 仿真分析61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 研究总结65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果72-73
• 致谢73-74

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本文编号：1006242