收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

不确定非线性系统的Backstepping控制

张正强  
【摘要】:不确定非线性系统控制是近年来的研究热点之一,特别是带有执行器故障或时滞的非线性系统控制理论越来越受到人们的关注。控制系统在运行过程中不可避免地会发生执行器故障。不仅如此,时滞现象也普遍存在。到目前为止,线性系统自适应执行器故障补偿控制理论已有充分的研究,而非线性系统执行器故障补偿问题的研究并不深入。另一方面,线性时滞系统的研究也有非常丰富的成果,而非线性时滞系统的研究相对较少。本文在国内外已有研究成果的基础上,以Backstepping方法为基本工具,分别研究不确定非线性系统的自适应执行器故障补偿和不确定非线性时滞系统的控制问题。本文的主要工作如下。 1.针对一类带有未知定常执行器故障的输出反馈形式的多输入单输出非线性系统,提出一种修正的自适应执行器故障补偿方案。在该方案的设计过程中,首先建立一种新的带有未知系统参数和执行器故障参数的参数化模型,然后应用Backstepping技术设计自适应补偿控制器。所提出的控制方案保证了所有闭环信号的有界性,证明了输出跟踪误差渐近收敛于零。值得指出的是,在这种新的模型框架下,自适应控制设计简单,闭环系统的稳定性分析得到了很大的简化,并可使用较低阶的滤波器估计系统状态,从而更易于在工程实际中应用。以简化的双执行器球棒系统作为仿真对象,仿真结果表明了所提出的设计方法的有效性。 2.研究一类带有未知时变执行器故障的非线性系统的鲁棒自适应输出反馈控制问题。考虑执行器故障模型中的未建模项,提出一种新的线性参数化模型,该模型把所有未知系统参数和执行器故障参数集中起来,并与已知信号分离。基于此模型,递归地构造自适应控制器。为保证闭环系统的稳定性和鲁棒性,在自适应律中引入修正的切换σ信号。证明了所有闭环信号的有界性,通过适当选取设计参数保证了闭环系统的期望控制性能。最后,以带有依赖状态的非线性扰动的双执行器球棒系统为例,验证所提出的控制算法的有效性。 3.针对一类带有未知高频增益符号的非线性系统,考虑可参数化的时变执行器故障模型,基于Backstepping技术,提出一种自适应输出反馈故障补偿方案。引入Nuss-baum增益方法,去掉对高频增益符号的局限性假设。由于高频增益符号未知,一些新的常数变量需要重新定义,带有执行器故障信息的参数化模型需要重新建立,稳定性分析需要重新处理.所设计的补偿控制器在未知执行器故障存在的情况下保证了所有闭环信号的有界性和渐近的输出跟踪。最后,把所提出的控制方案应用于带有冗余执行器的两轴定位平台系统,仿真研究表明了控制算法的有效性。 4.研究一类单输入单输出严格反馈形式的非线性时滞系统的输出反馈跟踪控制问题。所考虑的系统不仅含有依赖于时滞的不确定函数,还包括外在的干扰项。为估计不可测量的系统状态,首先提出一种降阶观测器设计。使用降阶观测器的优势一方面可使形成的闭环系统更易于实现,另一方面还可降低求解设计参数的线性矩阵不等式的复杂度。然后,基于Backstepping方法递归地设计输出反馈控制器,并构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函补偿所有滞后的状态摄动函数。证明了所有闭环信号的有界性,通过适当选取设计参数保证了期望的跟踪性能。最后,给出一个仿真例子验证所提出的控制算法的有效性。 5.基于Backstepping方法解决了一类具有三角形结构的非线性时滞系统的自适应镇定问题。不仅被控系统参数而且时滞及其导数的上界都假设是未知的,它们通过设计自适应律而被在线估计。进一步放松了与时滞有关的非线性项的假设条件。为在这种弱化的条件下取得控制目标,首先引入一个函数分解引理,然后通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函递归地设计控制器。为消除参数估计对闭环稳定性带来的不利影响,从Backstepping设计的第二步开始,每一步的虚拟控制中都增加两个附加函数。值得指出的是,这些附加项应仔细选取以使递推设计顺利进行。设计方案不仅保证了所有闭环信号的有界性,而且使得系统状态渐近收敛于零。仿真研究进一步表明了所提出的控制策略的有效性。 6.针对一类带有状态时变时滞、不确定参数和外在干扰的非线性系统,提出了一种自适应Backstepping的跟踪控制方案。把调节函数方法引入到非线性时滞系统中,递归地构造自适应律和控制律。这种方法有效地避免了上一章中虚拟控制函数附加项选取的困难,而且自适应控制设计更加程序化。采用适当的Lyapunov-Krasovskii泛函补偿含有时滞状态的非线性函数.时滞及其导数的上界也假设是未知的,通过设计两套调节函数保证闭环系统所有信号的有界性,通过选取适当的设计参数保证闭环系统的跟踪性能。仿真结果验证了所提出的控制方案的有效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王莉 ,王庆林;Backstepping设计方法及应用[J];自动化博览;2004年06期
2 杨小军,潘泉,张洪才;一类非线性系统基于Backstepping的自适应稳定控制[J];西北工业大学学报;2005年01期
3 杨小军,李俊民;一类非线性系统基于Backstepping的自适应鲁棒神经网络控制[J];控制理论与应用;2003年04期
4 陈谋,姜长生,吴庆宪,梅蓉;一类不确定非线性大系统的分散鲁棒控制器设计[J];数据采集与处理;2003年04期
5 王兴成,姜晓红,张健;非线性船舶航向控制器Backstepping设计[J];控制工程;2002年05期
6 徐俊艳,张培仁,程剑锋;基于Backstepping时变反馈和PID控制的移动机器人实时轨迹跟踪控制[J];电机与控制学报;2004年01期
7 毕卫萍;赵晓莉;穆学刚;马新文;;一类非线性时滞系统的鲁棒H_∞控制[J];河南师范大学学报(自然科学版);2008年01期
8 周绍生,费树岷,冯纯伯;多输入非线性串级系统的H_∞控制[J];自动化学报;2001年02期
9 张侃健,冯纯伯,费树岷;一类不确定非线性系统的鲁棒自适应跟踪[J];东南大学学报(自然科学版);2000年02期
10 陈为胜,李俊民;一类非线性时滞输出反馈系统的自适应控制[J];控制理论与应用;2004年05期
11 刘宁;;磁悬浮球系统的自适应控制器设计[J];自动化技术与应用;2011年10期
12 周绍生,费树岷,冯纯伯;多输入非线性串级系统的非过参数化自适应控制[J];控制与决策;2000年04期
13 郭涛;张军英;;未知非线性时滞系统自适应模糊控制[J];西安电子科技大学学报;2008年05期
14 刘佳;李春书;;基于Backstepping方法的轮式移动机器人轨迹跟踪研究[J];机电工程技术;2011年01期
15 陈为胜;李俊民;李靖;;非线性时滞系统自适应backstepping输出反馈控制[J];西安电子科技大学学报;2006年01期
16 王青伟;刘正华;尔联洁;;飞行转台Backstepping与神经网络并行控制[J];系统仿真学报;2006年12期
17 李永明;佟绍成;;非线性系统的直接自适应模糊Backstepping控制[J];辽宁工业大学学报;2008年01期
18 王辉林;李俊民;孙云平;;一类非线性参数化系统的迭代学习控制[J];控制工程;2009年S2期
19 高巍;俞立;;有界输入下基于backstepping的迭代学习控制[J];浙江工业大学学报;2006年02期
20 丁贡献;王祝萍;陈启军;袁占平;;基于Backstepping的轮式移动机器人镇定研究与实验验证[J];装备制造技术;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 KUMAR K.D.;;Model-based Coordination Control of Networked Spacecraft Formations by Integrator Backstepping[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
2 ;Integrated Guidance and Control Based on Backstepping and Input-to-State Stability[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
3 ;Observer-Based Control for Stochastic Jump Systems via Backstepping Method[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
4 魏乐;房方;;基于Backstepping方法的锅炉-汽轮机单元协调控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 ;Backstepping-based Nonlinear Adaptive Control for Boiler-turbine Units[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年
6 ;Backstepping Design of Uncertain Nonlinear Systems Based on Adaptive Fuzzy Approximation[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年
7 ;Backstepping Based Fuzzy Control for Delayed Nonlinear Systems[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 韩永成;方一鸣;赵琳琳;;控制量具有不确定系数的非线性系统自适应Backstepping控制器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 ;The Study of Application Scope for Backstepping Technique[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 ;Backstepping Control of Unknown Nonlinear Systems against Actuator Faults Using Nonlinearly Parameterized Fuzzy Approximators[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李靖;几类非线性系统的自适应Backstepping神经网络控制[D];西安电子科技大学;2009年
2 关巍;基于Backstepping的船舶运动非线性自适应鲁棒控制[D];大连海事大学;2010年
3 张正强;不确定非线性系统的Backstepping控制[D];南京理工大学;2011年
4 蔡建平;基于Backstepping方法的不确定非线性系统鲁棒自适应控制[D];浙江大学;2014年
5 王家军;非完整控制系统的非线性控制策略研究[D];天津大学;2003年
6 张海鹏;鲁棒滑模反步控制法及其在减摇鳍中的应用[D];哈尔滨工程大学;2004年
7 王新屏;舵鳍联合系统的简捷非线性鲁棒控制[D];大连海事大学;2009年
8 郭宏志;汽油发动机怠速工况下控制方法的研究[D];吉林大学;2009年
9 高炳钊;汽车动力传动系的若干非线性估计与控制研究[D];吉林大学;2009年
10 马建军;过驱动系统控制分配理论及其应用[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李雨珊;基于Backstepping方法的复杂网络同步的研究[D];辽宁师范大学;2013年
2 刘萌;考虑状态约束的汽门开度backstepping控制设计[D];辽宁工业大学;2014年
3 张蕊;考虑时滞的静止无功补偿器backstepping控制设计[D];辽宁工业大学;2012年
4 栾红霞;基于Backstepping方法混沌系统的同步与控制[D];东北师范大学;2013年
5 张展;三角结构NARMAX模型的Backstepping控制[D];河北科技大学;2011年
6 张晓霞;基于Backstepping的几类机器人控制研究[D];燕山大学;2012年
7 王桐;非线性随机不确定系统的模糊自适应Backstepping控制[D];辽宁工业大学;2013年
8 李志华;考虑输出约束的发电机励磁系统backstepping控制设计[D];辽宁工业大学;2014年
9 张波琦;TCSC的模糊自适应backstepping控制设计[D];辽宁工业大学;2013年
10 吴静;基于Backstepping的欠驱动船舶运动镇定控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978