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一类非线性系统的自适应控制器的设计与应用

贺超英  
【摘要】:随着现代工业对控制性能要求的不断提高,传统的线性反馈控制已很难满足各种实际需要。由于控制系统的本质非线性及所包含的各种现象的复杂性,线性系统的动态特性已不能解释许多非线性现象。因此近来非线性控制理论的研究和应用受到了国内外控制界的普遍重视。自适应控制是一种控制效果好、鲁棒性强,适用于控制比较复杂的工业过程且很有发展前途的新型计算机控制算法。任何自适应控制系统都是非线性系统,非线性系统的自适应控制已成为当前自适应控制领域的热点研究方向。 本文首先针对一类可建模非线性系统自适应控制问题,利用微分几何方法中的反馈线性化方法,将系统精确线性化,等价表示为时变线性系统,并为了有效地克服时变的影响和控制建模的误差,利用最成熟的参数估计方法最小二乘法结合最小方差控制策略,实现了线性系统经典自适应控制理论在非线性系统中的扩展。然后结合模糊控制与自适应控制的特点,针对一类未知单输入单输出仿射非线性系统的跟踪问题,应用Lyapunov综合方法,分别在系统状态可测和不完全可测的情况下,设计基于状态反馈和输出反馈的鲁棒自适应模糊控制器。设计中采用一种自适应模糊逻辑系统逼近被控对象的未知非线性,假设逼近误差和系统外扰有界但未知,设计了这个界的自适应估计项,在此基础上设计的控制器能保证整个闭环系统鲁棒稳定且跟踪误差收敛到零的一个领域内。在输出反馈控制器的设计中,通过引进一种高增益观测器使输出反馈恢复状态反馈的控制性能。最后将所研究的非线性自校正控制器和模糊自适应控制器应用于电力系统可控串补(TCSC)的稳态控制中,控制TCSC系统在受到扰动后发电机的功角摇摆曲线,通过对系统处于不同运行点受到不同干扰下的仿真,表明所提控制策略的有效性。


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