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多类不确定非线性系统输出反馈控制设计

尚芳  
【摘要】: 本论文主要研究不确定非线性系统的输出反馈控制问题.针对多类非线性依赖于不可测状态的非线性系统,分别解决了系统的输出反馈镇定、实际跟踪和扰动抑制问题.本论文主要内容分为以下三大部分: 一、非线性系统输出反馈镇定控制 本部分包括第2~5章,研究了几类非线性系统的输出反馈镇定控制.具体地,第2章研究了一类非线性增长速度依赖于不可测状态、且具有隐含零动态系统的输出反馈全局渐近稳定控制设计问题.通过线性状态变换得到便于控制器设计的新系统,然后采用简单的输出反馈控制设计方法构造控制器,且闭环系统的渐近稳定性可由所导出矩阵的正定性来保证.第3章将第2章中的结果推广到更一般非线性系统中,构造基于高增益K-滤波器的状态观测器,并利用反推技术设计输出反馈镇定控制器.第4章在第3章的基础上进一步放宽了关于非线性的假设条件,研究了一类不确定非线性系统的自适应输出反馈镇定问题.第5章针对系统控制系数上界未知的情况,初步解决了平面非线性系统的自适应输出反馈镇定控制问题. 二、不确定非线性系统的输出反馈实际跟踪控制 本部分内容在第6章中给出,主要研究了非线性系统的自适应输出反馈实际跟踪控制问题.针对一类具有输出多项式函数增长率的非线性系统,提出了基于动态高增益观测器的输出反馈控制器.通过选择恰当的设计参数,闭环系统的所有状态都是有界的,并且当时间足够大时,跟踪误差收敛到零点的既定小邻域内.然后,将此结果推广到具有不确定控制系数的非线性系统,通过引入动态高增益K-滤波器,构造了基于此滤波器的恰当状态观测器,且利用反推技术成功设计了输出反馈控制器,从而实现了系统的输出反馈实际跟踪控制目标. 三、不确定非线性系统的输出反馈扰动抑制 本部分内容在第7章中给出,主要研究了具有不确定控制系数非线性系统的扰动抑制问题.针对一类具有不确定控制系数和依赖于不可测状态增长的非线性系统,解决了其L_2-增益意义下的输出反馈扰动抑制问题.作为本章的主要贡献,首先构造了基于高增益K-滤波器的恰当状态观测器,然后利用反推技术设计了系统的线性输出反馈控制器,最后通过选择恰当的设计参数,实现了系统的L2-增益意义下的扰动抑制目标.此外,还将此结果推广到了更一般非线性系统中. 针对不确定非线性系统的输出反馈镇定和实际跟踪控制,分别给出了相应的仿真算例,验证了所提出结果的可行性与有效性.


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