一类非仿射非线性系统鲁棒自适应反推研究

发布时间：2020-06-06 08:50

【摘要】：非仿射非线性系统广泛存在于实际系统中,控制输入以非线性隐含的形式作用于系统,这对其控制器设计提出了挑战。本文针对一类不确定严格反馈的非仿射非线性系统在输入/输出受限、执行器故障以及状态不可测的情况下展开基于鲁棒自适应反推控制研究,主要内容如下:首先,针对一类不确定严格反馈非仿射非线性系统,提出基于非线性干扰观测器的滑模动态面控制方法。为便于利用仿射非线性系统设计控制器,利用泰勒级数在线展开的方式,使不确定严格反馈非仿射非线性系统的控制量显性表达;在此基础上,针对含有不确定性的非线性系统,利用非线性干扰观测器实现不确定项和干扰项在线实时逼近;以此,结合动态面和滑模方法,设计滑模动态面控制器,其中,滑模设计增强了系统的鲁棒性,动态面设计避免了传统反推控制中的“微分膨胀”问题,并通过Lyapunov函数方法证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明,闭环系统具有较好的跟踪性能。其次,针对一类输入饱和且输出时变受限的不确定严格反馈非仿射非线性系统,提出基于Hermite多项式递归神经网络干扰观测器的反推控制方法。采用近似方法对输入输出受限的不确定严格反馈非仿射非线性系统进行泰勒级数展开,使非仿射非线性系统中的控制量显性表达;基于此,利用Hermite多项式递归神经网络干扰观测器对系统未知复合干扰进行估计;借助非对称障碍型Lyapunov函数设计基于反推方法的控制器,并依据Lyapunov函数理论证明闭环系统稳定性。仿真结果验证所提方法的有效性。然后,针对一类执行器故障的不确定严格反馈非仿射非线性系统,提出基于自适应滑模干扰观测器的容错反推控制方法。利用全局近似方法将执行器故障的不确定严格反馈非仿射非线性系统控制量显性化;在此基础上,设计自适应滑模干扰观测器对未知扰动进行估计;提出基于有限时间Lyapunov函数理论的容错反推控制器设计过程,Lyapunov函数理论证明闭环系统有限时间稳定。仿真结果证明该方法能够保证闭环系统的良好性能。最后,针对一类状态不可测的不确定严格反馈非仿射非线性系统,提出基于有限时间干扰观测器的输出反馈积分反推控制方法。设计基于tanh函数的扩张状态观测器对非仿射非线性系统状态进行观测;在此基础上对状态不可测的不确定严格反馈非仿射非线性系统近似转换,使控制输入显性化;针对状态不可测的不确定非线性系统,利用有限干扰观测器对系统不确定性和未知扰动和不确定项进行实时估计;设计积分反推控制器,并利用Lyapunov函数理论证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够保证闭环系统的稳定性。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP13

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本文编号：2699443