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基于干扰观测器的抗干扰控制方法研究

程鹏  
【摘要】:实际系统的控制性能不可避免地会受到各种干扰的影响,如:外部环境变化引起的干扰、模型不精确建模带来的不确定性干扰、参数随机扰动以及多变量系统的非线性耦合等干扰。基于干扰观测器的控制(Disturbance Observer Based Control,DOBC)方法具有结构简单、易于在线整定等特点,在实际应用中可以很好的处理系统输入通道中的干扰。DOBC方法根据系统对控制性能的不同要求,可以结合不同的控制策略,构造干扰观测系统,是一种非常有效的抗干扰控制方法。本文根据不同的控制目标,将DOBC方法与不同的控制策略相结合,研究不同类型系统基于干扰观测器的抗干扰控制方法。论文研究内容如下:1)针对一类含有输入通道干扰和外部噪声干扰的离散时间线性系统,构造干扰观测器,对输入通道中的干扰进行估计,对于系统的外部噪声干扰,考虑H_∞性能,基于Lyapunov稳定性理论,得到使系统渐近稳定且符合H_∞性能指标的充分条件,设计基于干扰观测器的抗干扰H_∞控制器,使系统实现良好的抗干扰控制性能。2)针对一类带有输入通道干扰的离散时间线性系统,研究事件触发机制下系统的抗干扰控制问题。首先构造一个事件触发条件下的干扰观测器,对系统输入通道中的未知干扰进行估计,根据Lyapunov稳定性理论,得到确保基于事件触发的闭环系统渐近稳定的充分条件。利用线性矩阵不等式方法对闭环系统渐近稳定的充分条件进行求解,最终完成基于事件触发和干扰观测器的抗干扰控制器设计,实现系统的抗干扰控制。3)针对含有非线性不确定项参数的离散时间系统,考虑系统控制输入通道中的干扰和外部噪声干扰,采用片段优化方法,应用随机样本和干扰观测器,设计非线性不确定项系统的抗干扰概率稳定控制器,得到闭环系统概率渐近稳定的充分条件,实现非线性不确定项系统的抗干扰概率控制。4)采用T-S模糊模型,依照IF-THEN规则描述一类非线性离散时间系统,构造模糊干扰观测器,对系统输入通道中的干扰进行估计。根据Lyapunov稳定性理论,得到闭环系统渐近稳定的充分条件,并设计基于事件触发和干扰观测器的模糊抗干扰控制器,使系统渐近稳定,并且具有H_∞性能指标。5)针对一类带有饱和非线性的离散时间系统,采用不变集理论处理饱和特性,构造干扰观测器,估计系统输入通道中的干扰。根据Lyapunov稳定性理论,给出闭环系统渐近稳定的充分条件,设计基于干扰观测器的抗干扰控制器,使闭环系统能够在不变集中渐近稳定并保证H_∞性能。对所提出的抗干扰控制方法进行数值仿真,验证各方法的有效性。


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