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《华北电力大学(河北)》 2005年
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不确定非线性系统的变结构控制研究

赵文杰  
【摘要】:实际对象不仅具有非线性,同时也含有各种不确定性。不确定非线性系统的控制问题,已经受到了普遍关注和研究。变结构控制以其独特的鲁棒性及对匹配不确定性和外部干扰的完全自适应性等特点,使其在解决不确定非线性系统的控制问题上显示出了巨大的生命力。然而,阻碍变结构控制理论在实际工程中应用的是变结构控制器带来的抖动问题,尽管很多学者已经提出了各种削弱抖动的方法,但这一问题目前仍未得到很好的解决;同时由于非线性系统的复杂性,对于具有非匹配不确定性的非线性系统,变结构控制则变得无能为力,这大大限制了变结构控制的应用范围。为解决这些问题,本文在掌握变结构控制国内外研究现状的基础上,系统地研究了不确定非线性系统的变结构控制方法及其相关理论,研究内容集中在如下几个方面: 首先介绍了非线性系统的反馈线性化理论。反馈线性化可以把系统原有模型变换成为一种更易于控制设计的简单的等效模型,因此,在非线性系统的控制设计中,通常要借助反馈线性化理论对原系统模型进行变换。论文介绍了反馈线性化的基础理论及方法,包括输入—输出线性化、零动态子系统、输入—状态线性化等,给出了输入—输出线性化的步骤及输入—状态线性化的条件及步骤,为后续各章的研究打下了基础。 针对一类匹配不确定非线性系统,设计了变结构控制器保证非线性系统的全局渐进稳定。对目前变结构控制中广泛采用的边界层方法,分析了其削弱抖动的机理以及同时带来的稳态误差问题。在此基础上,首次提出了一种新型的变结构控制设计方法—基于控制规划的边界层方法,解决了传统边界层方法存在的较大跟踪误差问题,实现了跟踪精度与抖动平滑的最佳折衷,理论分析和仿真结果验证了其有效性。 研究了一类不匹配不确定非线性系统的反步变结构控制方法。考虑到变结构控制对匹配不确定性有着完全的鲁棒性,且对不确定性的形式没作任何假设;而反步设计方法可以处理系统中的可参数化非匹配不确定性。因此,借用反步法的设计思想,采用变结构控制克服不确定性,突破了传统变结构控制受匹配条件限制这一约束, 同时可以处理系统中的非参数化非匹配不确定性。针对一个一般形式的非匹配单输入单输出仿射非线性系统进行了仿真研究,结果验证了方法的有效性。 研究了一类模型未知系统的自适应模糊变结构控制方法。首先对模糊逻辑系统的基本理论进行了阐述,在此基础上设计了一种基本的自适应模糊变结构控制器,
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