基于特征模型的非线性系统控制问题研究
发布时间：2021-05-12 15:46
面对实际物理对象在建立精确动力学模型上的困难和复杂系统控制问题的挑战,吴宏鑫院士在全系数自适应控制理论的基础上,结合被控对象和实际控制性能要求,提出了基于特征模型的自适应控制方法。特征模型在电解铝生产过程、卫星姿态控制、高超音速飞行控制等实际对象中的广泛运用,驱动着一些学者从理论层面逐步探索基于特征模型的控制理论的合理性。但是面对特征模型定性描述的定义,首先需要解决的是建模方法的研究,从而基于模型的控制和闭环系统的稳定性分析才得以继续,逐步形成了基于特征模型的控制理论分析的框架,为其实际运用奠定了理论基础。本文针对上述问题展开研究,着眼于构建包含特征模型理论推导、基于特征参量估计值的自适应控制以及闭环系统的稳定性分析为一体的理论框架。主要研究内容包括如下几点:首先,探索非线性系统的特征模型构建问题。在以往的工程实际中,人们关注的是控制方法的有效性,而忽略了其理论基础的重要性,并且稳定性分析针对的是由特征模型和基于模型的控制器构成的闭环系统。为了完善基于特征模型的控制理论,首先需要从根本上解决特征模型的由来问题。针对不同假设条件下的非线性系统提出了对应的建模方法,并给出了参数范围和量化了...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 特征建模的研究背景和研究意义
1.1.1 现有控制理论遇到的难题
1.1.2 计算机控制理论的发展
1.1.3 特征建模方法的提出
1.2 基于特征模型的控制理论研究现状和运用
1.2.1 基于特征模型的控制理论方法概述
1.2.2 特征模型建模方法研究进展
1.2.3 基于特征模型的闭环系统稳定性研究进展
1.2.4 与特征模型相关的其他研究
1.2.5 基于特征模型控制方法的运用
1.3 存在的问题及提出的解决方法
1.3.1 主要研究问题
1.3.2 具体研究方法
1.4 本文章节安排
第2章 数学基础和现有成果
2.1 引言
2.2 符号定义及数学基础
2.2.1 符号定义
2.2.2 数学基础
2.3 稳定性相关概念及定理
2.3.1 连续系统的稳定性理论
2.3.2 离散系统的稳定性理论
2.4 现有的相关研究成果
2.5 本章小结
第3章 基于二阶特征模型的非线性系统控制研究
3.1 引言
3.2 二阶非线性系统的特征模型理论研究
3.2.1 特征建模方法研究
3.2.2 闭环系统的稳定性分析
3.3 相对阶为2的高阶非线性系统的特征模型理论研究
3.3.1 特征建模方法研究
3.3.2 闭环系统的稳定性分析
3.4 数值仿真
3.5 本章小结
第4章 一般非线性系统基于特征模型的控制研究
4.1 引言
4.2 一般非线性系统的特征模型理论研究
4.2.1 高阶特征建模方法研究
4.2.2 基于特征模型的控制器设计
4.2.3 闭环系统的稳定性分析
4.2.4 特例-一阶特征模型的控制
4.2.5 数值仿真
4.3 影响闭环系统性能的因素
4.3.1 特征参量范围
4.3.2 估计算法及初始值选择
4.3.3 基于特征参量估计的控制器设计
4.3.4 不同阶次特征模型的差异
4.4 本章小结
第5章 复杂系统基于特征模型的分布式控制研究
5.1 引言
5.2 复杂系统基于特征模型的控制分析
5.3 多输入多输出非线性系统的二阶特征模型理论研究
5.3.1 特征建模方法研究
5.3.2 闭环系统的稳定性分析
5.4 一般多输入多输出非线性系统基于特征模型的控制
5.4.1 系统的特征模型推导及控制器设计
5.4.2 闭环系统的稳定性分析
5.5 复杂系统基于特征建模的分布式控制问题
5.5.1 复杂系统的模型推导及控制器设计
5.5.2 复杂系统的稳定性分析
5.6 本章小结
第6章 低温跨音速风洞基于特征模型的自适应控制
6.1 引言
6.2 问题描述
6.3 特征模型推导及控制器设计
6.3.1 风洞总压控制系统特征模型及控制器设计
6.3.2 风洞总温控制系统特征模型及控制器设计
6.3.3 马赫数控制系统特征模型及控制器设计
6.4 闭环系统稳定性分析
6.5 数值仿真
6.6 本章小结
第7章 基于抽象模型的非线性系统控制研究
7.1 引言
7.2 非线性系统的基于抽象模型的方法概述
7.3 一类非线性系统的基于抽象模型的控制问题
7.4 基于输出反馈的控制器设计
7.4.1 未知参量的估计算法
7.4.2 基于估计参量的控制器设计
7.5 闭环系统的稳定性分析
7.6 抽象模型和特征模型的比较
7.7 数值仿真
7.8 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 本文工作总结
8.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]A framework for stability analysis of high-order nonlinear systems based on the CMAC method[J]. Tiantian JIANG,Hongxin WU. Science China（Information Sciences）. 2016(11)
[2]Sampled-data feedback and stability for a class of uncertain nonlinear systems based on characteristic modeling method[J]. Tiantian JIANG,Hongxin WU. Science China（Information Sciences）. 2016(09)
[3]基于特征模型的挠性充液卫星姿态控制[J]. 张涛. 空间控制技术与应用. 2016(03)
[4]Characteristic model based adaptive controller design and analysis for a class of SISO systems[J]. Jianfei HUANG,Yu KANG,Bin MENG,Yunbo ZHAO,Haibo JI. Science China（Information Sciences）. 2016(05)
[5]低温风洞的发展现状与关键技术（英文）[J]. 张振,牛玲. 低温工程. 2015(02)
[6]大型低温高雷诺数风洞及其关键技术综述[J]. 廖达雄,黄知龙,陈振华,汤更生. 实验流体力学. 2014(02)
[7]基于特征模型的力矩受限卫星三轴姿态控制[J]. 于海祥,雷拥军. 空间控制技术与应用. 2013(04)
[8]基于特征模型自适应方法的一类最小相位非线性系统稳定性分析[J]. 王勇. 控制理论与应用. 2012(09)
[9]基于特征模型的高超声速飞行器鲁棒控制方法[J]. 孙琦,周军,林鹏. 飞行力学. 2011(01)
[10]基于特征模型的再入飞行器制导律设计[J]. 张钊,胡军,王勇. 空间控制技术与应用. 2010(04)
博士论文
[1]基于近似模型的非线性采样系统研究[D]. 金辉宇.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]基于神经网络预测控制的低温风洞多变量控制策略研究[D]. 兰其龙.中国空气动力研究与发展中心 2016
本文编号：3183684
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 特征建模的研究背景和研究意义
1.1.1 现有控制理论遇到的难题
1.1.2 计算机控制理论的发展
1.1.3 特征建模方法的提出
1.2 基于特征模型的控制理论研究现状和运用
1.2.1 基于特征模型的控制理论方法概述
1.2.2 特征模型建模方法研究进展
1.2.3 基于特征模型的闭环系统稳定性研究进展
1.2.4 与特征模型相关的其他研究
1.2.5 基于特征模型控制方法的运用
1.3 存在的问题及提出的解决方法
1.3.1 主要研究问题
1.3.2 具体研究方法
1.4 本文章节安排
第2章 数学基础和现有成果
2.1 引言
2.2 符号定义及数学基础
2.2.1 符号定义
2.2.2 数学基础
2.3 稳定性相关概念及定理
2.3.1 连续系统的稳定性理论
2.3.2 离散系统的稳定性理论
2.4 现有的相关研究成果
2.5 本章小结
第3章 基于二阶特征模型的非线性系统控制研究
3.1 引言
3.2 二阶非线性系统的特征模型理论研究
3.2.1 特征建模方法研究
3.2.2 闭环系统的稳定性分析
3.3 相对阶为2的高阶非线性系统的特征模型理论研究
3.3.1 特征建模方法研究
3.3.2 闭环系统的稳定性分析
3.4 数值仿真
3.5 本章小结
第4章 一般非线性系统基于特征模型的控制研究
4.1 引言
4.2 一般非线性系统的特征模型理论研究
4.2.1 高阶特征建模方法研究
4.2.2 基于特征模型的控制器设计
4.2.3 闭环系统的稳定性分析
4.2.4 特例-一阶特征模型的控制
4.2.5 数值仿真
4.3 影响闭环系统性能的因素
4.3.1 特征参量范围
4.3.2 估计算法及初始值选择
4.3.3 基于特征参量估计的控制器设计
4.3.4 不同阶次特征模型的差异
4.4 本章小结
第5章 复杂系统基于特征模型的分布式控制研究
5.1 引言
5.2 复杂系统基于特征模型的控制分析
5.3 多输入多输出非线性系统的二阶特征模型理论研究
5.3.1 特征建模方法研究
5.3.2 闭环系统的稳定性分析
5.4 一般多输入多输出非线性系统基于特征模型的控制
5.4.1 系统的特征模型推导及控制器设计
5.4.2 闭环系统的稳定性分析
5.5 复杂系统基于特征建模的分布式控制问题
5.5.1 复杂系统的模型推导及控制器设计
5.5.2 复杂系统的稳定性分析
5.6 本章小结
第6章 低温跨音速风洞基于特征模型的自适应控制
6.1 引言
6.2 问题描述
6.3 特征模型推导及控制器设计
6.3.1 风洞总压控制系统特征模型及控制器设计
6.3.2 风洞总温控制系统特征模型及控制器设计
6.3.3 马赫数控制系统特征模型及控制器设计
6.4 闭环系统稳定性分析
6.5 数值仿真
6.6 本章小结
第7章 基于抽象模型的非线性系统控制研究
7.1 引言
7.2 非线性系统的基于抽象模型的方法概述
7.3 一类非线性系统的基于抽象模型的控制问题
7.4 基于输出反馈的控制器设计
7.4.1 未知参量的估计算法
7.4.2 基于估计参量的控制器设计
7.5 闭环系统的稳定性分析
7.6 抽象模型和特征模型的比较
7.7 数值仿真
7.8 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 本文工作总结
8.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]A framework for stability analysis of high-order nonlinear systems based on the CMAC method[J]. Tiantian JIANG,Hongxin WU. Science China（Information Sciences）. 2016(11)
[2]Sampled-data feedback and stability for a class of uncertain nonlinear systems based on characteristic modeling method[J]. Tiantian JIANG,Hongxin WU. Science China（Information Sciences）. 2016(09)
[3]基于特征模型的挠性充液卫星姿态控制[J]. 张涛. 空间控制技术与应用. 2016(03)
[4]Characteristic model based adaptive controller design and analysis for a class of SISO systems[J]. Jianfei HUANG,Yu KANG,Bin MENG,Yunbo ZHAO,Haibo JI. Science China（Information Sciences）. 2016(05)
[5]低温风洞的发展现状与关键技术（英文）[J]. 张振,牛玲. 低温工程. 2015(02)
[6]大型低温高雷诺数风洞及其关键技术综述[J]. 廖达雄,黄知龙,陈振华,汤更生. 实验流体力学. 2014(02)
[7]基于特征模型的力矩受限卫星三轴姿态控制[J]. 于海祥,雷拥军. 空间控制技术与应用. 2013(04)
[8]基于特征模型自适应方法的一类最小相位非线性系统稳定性分析[J]. 王勇. 控制理论与应用. 2012(09)
[9]基于特征模型的高超声速飞行器鲁棒控制方法[J]. 孙琦,周军,林鹏. 飞行力学. 2011(01)
[10]基于特征模型的再入飞行器制导律设计[J]. 张钊,胡军,王勇. 空间控制技术与应用. 2010(04)
博士论文
[1]基于近似模型的非线性采样系统研究[D]. 金辉宇.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]基于神经网络预测控制的低温风洞多变量控制策略研究[D]. 兰其龙.中国空气动力研究与发展中心 2016
本文编号：3183684
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