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非线性系统的有限时间收敛控制器设计及应用

马新  
【摘要】:非线性系统是近年来控制理论研究的重点和热点之一。本文首先综合介绍非线性系统的有限时间收敛性的研究工程背景、理论意义、研究现状及存在问题,并给出了非线性控制系统有限时间收敛的概念以及设计步骤等等。在简要概述了电机模型的现代控制理论的基础上,重点对电机系统的跟踪控制方面进行了一些研究。主要内容包括以下几个部分: 1.基于永磁同步电动机模型的有限时间跟踪切换控制方法的研究 已有的许多收敛方法主要是采用反馈线性化、无源性控制、Backstepping等控制策略。本文根据变结构控制理论提出了一种新的设计方法——有限时间切换控制。在控制器设计中利用中继切换控制使系统在给定的当前控制律的作用下运行到某—特定状态(或某—特定区域)后,控制律被切换到有限时间收敛的终端滑模控制器,使得系统在有限时间内达到平衡状态。有限时间跟踪控制器的设计保证了闭环系统所有信号的有界性和平衡点的全局稳定性,以及系统在有限时间内精确地跟踪给定的参考信号。仿真结果说明该控制策略的有效性。并将该方法成功推广到更加复杂的永磁同步电动机模型。 2.基于异步电动机模型的有限时间跟踪切换控制方法的研究 已有的许多跟踪控制方法主要是采用线性最优控制方法、线性模型参考自适应方法、非自适应输入-输出解耦控制等。本文通过变结构控制理论设计出一种新的递推控制方案,对其全局跟踪问题进行了研究,通过这种方法保证了闭环系统所有信号的有界性和系统在有限时间内精确地跟踪给定的参考信号,并且当跟踪误差达到零的同时,控制信号也达到零。仿真结果说明了本文方法的有效性。


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