一类非线性系统的前向控制方法及应用
发布时间：2020-12-08 10:57
本文所研究的前向控制技术是在系统浸入与不变流形理论的理论框架下提出来的,是针对一类具有严格反馈形式的高阶非线性系统设计出来的构造性控制方法。前向控制策略通过构造映射,将低阶目标系统浸入到被控对象中,使得被控对象与目标系统有一致的响应特性。相对于经典的反步法,前向控制是从流形的角度出发,原则上不需要Lyapunov函数,而且其设计步骤可以大大简化。本文首先将被控对象指定为一类关于输入仿射的高阶全信息非线性系统,通过对系统浸入与不变流形理论的研究,前向控制技术可以有效地实现模型降阶。这种新型的非线性控制方法不需要对模型进行线性化,仅需要在每一步构造目标系统、映射以及虚拟控制器保证闭环子系统所有信号的有界性,以及在浸入条件中系统响应特性得到传递。然而,随着系统自由度的增加,控制器设计会变得越来越复杂。出现这种弊端的原因与经典反步法类似,前向控制方法每一步设计都需要计算映射的导数,被控对象的阶数越高,计算量越增大,这就是微分膨胀现象。为了解决这样的问题,在每一步虚拟控制器设计过程中,引入一个滤波器来计算映射及其导数,保证整个控制器设计过程不涉及直接的微分运算,极大地提高了控制器计算效率。同时,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 系统浸入和不变流形理论
1.2.1 研究现状
1.2.2 理论难点
1.3 控制问题综述
1.3.1 反步控制方法
1.3.2 有限时间控制
1.3.3 饱和控制
1.4 拮抗式筋腱机械臂
1.5 研究内容与论文结构
第2章 高阶全信息非线性系统的前向控制
2.1 预备知识
2.2 标准前向控制
2.2.1 系统模型描述
2.2.2 控制设计方法
2.2.3 稳定性证明和应用分析
2.2.4 仿真算例
2.3 映射滤波前向控制
2.3.1 系统模型描述
2.3.2 控制设计方法
2.3.3 仿真算例:四旋翼飞行器
2.4 本章小结
第3章 高阶不确定非线性系统的鲁棒前向控制
3.1 自适应前向控制设计
3.1.1 系统模型描述
3.1.2 控制器设计方法
3.1.3 参数更新律设计
3.1.4 稳定性分析
3.1.5 仿真算例
3.2 基于扰动观测器的鲁棒前向控制
3.2.1 系统模型描述
3.2.2 控制设计方法
3.2.3 不确定性观测器的设计
3.2.4 稳定性分析
3.2.5 仿真算例:球杆系统
3.3 基于径向基函数神经网络的鲁棒自适应前向控制
3.3.1 系统描述与径向基函数神经网络
3.3.2 控制设计方法
3.3.3 权重更新律的设计
3.3.4 稳定性分析
3.3.5 仿真算例
3.4 本章小结
第4章 控制系统性能改善与抗饱和前向控制
4.1 准有限时间前向控制设计
4.1.1 系统模型描述
4.1.2 控制设计方法
4.1.3 闭环系统的稳定性和动态响应特性
4.1.4 仿真算例:柔性关节机器人
4.2 基于双曲正切函数的抗饱和前向控制
4.2.1 系统模型描述
4.2.2 控制设计方法
4.2.3 稳定性分析
4.2.4 仿真算例:磁悬浮系统
4.3 本章小结
第5章 前向控制方法在拮抗式筋腱机械臂中的应用
5.1 拮抗式筋腱机械臂的建模
5.2 基于前向技术的动态面控制
5.2.1 控制器设计
5.2.2 稳定性分析
5.2.3 系统仿真
5.3 自适应前向控制在机械臂中应用
5.4 准有限时间前向控制在机械臂中的应用
5.4.1 控制器设计
5.4.2 仿真结果
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]有限时间控制问题综述[J]. 丁世宏,李世华. 控制与决策. 2011(02)
博士论文
[1]欠驱动质量矩飞行器的控制设计方法研究[D]. 姜宇.哈尔滨工业大学 2009
[2]不确定输入饱和系统的鲁棒控制研究[D]. 石厅.浙江大学 2009
[3]一类欠驱动机械系统的非线性控制研究[D]. 高丙团.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于反步法的四旋翼飞行器非线性控制[D]. 田聪玲.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：2904974
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 系统浸入和不变流形理论
1.2.1 研究现状
1.2.2 理论难点
1.3 控制问题综述
1.3.1 反步控制方法
1.3.2 有限时间控制
1.3.3 饱和控制
1.4 拮抗式筋腱机械臂
1.5 研究内容与论文结构
第2章 高阶全信息非线性系统的前向控制
2.1 预备知识
2.2 标准前向控制
2.2.1 系统模型描述
2.2.2 控制设计方法
2.2.3 稳定性证明和应用分析
2.2.4 仿真算例
2.3 映射滤波前向控制
2.3.1 系统模型描述
2.3.2 控制设计方法
2.3.3 仿真算例:四旋翼飞行器
2.4 本章小结
第3章 高阶不确定非线性系统的鲁棒前向控制
3.1 自适应前向控制设计
3.1.1 系统模型描述
3.1.2 控制器设计方法
3.1.3 参数更新律设计
3.1.4 稳定性分析
3.1.5 仿真算例
3.2 基于扰动观测器的鲁棒前向控制
3.2.1 系统模型描述
3.2.2 控制设计方法
3.2.3 不确定性观测器的设计
3.2.4 稳定性分析
3.2.5 仿真算例:球杆系统
3.3 基于径向基函数神经网络的鲁棒自适应前向控制
3.3.1 系统描述与径向基函数神经网络
3.3.2 控制设计方法
3.3.3 权重更新律的设计
3.3.4 稳定性分析
3.3.5 仿真算例
3.4 本章小结
第4章 控制系统性能改善与抗饱和前向控制
4.1 准有限时间前向控制设计
4.1.1 系统模型描述
4.1.2 控制设计方法
4.1.3 闭环系统的稳定性和动态响应特性
4.1.4 仿真算例:柔性关节机器人
4.2 基于双曲正切函数的抗饱和前向控制
4.2.1 系统模型描述
4.2.2 控制设计方法
4.2.3 稳定性分析
4.2.4 仿真算例:磁悬浮系统
4.3 本章小结
第5章 前向控制方法在拮抗式筋腱机械臂中的应用
5.1 拮抗式筋腱机械臂的建模
5.2 基于前向技术的动态面控制
5.2.1 控制器设计
5.2.2 稳定性分析
5.2.3 系统仿真
5.3 自适应前向控制在机械臂中应用
5.4 准有限时间前向控制在机械臂中的应用
5.4.1 控制器设计
5.4.2 仿真结果
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]有限时间控制问题综述[J]. 丁世宏,李世华. 控制与决策. 2011(02)
博士论文
[1]欠驱动质量矩飞行器的控制设计方法研究[D]. 姜宇.哈尔滨工业大学 2009
[2]不确定输入饱和系统的鲁棒控制研究[D]. 石厅.浙江大学 2009
[3]一类欠驱动机械系统的非线性控制研究[D]. 高丙团.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于反步法的四旋翼飞行器非线性控制[D]. 田聪玲.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：2904974
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2904974.html
