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基于无源性理论的状态反馈控制

曾蓉  
【摘要】: 实际工程领域遇到的系统大多都是非线性系统,并且由于各种原因都带有一定的不确定性,因此非线性不确定系统的控制问题是控制领域的一个重大课题。目前,在非线性系统的状态反馈镇定方面的理论研究中,经常采用微分几何和Backstepping方法为非线性系统设计状态反馈镇定控制器,但主要针对具有三角结构的非线性系统,对于其他类型的非线性系统,关于其动态输出反馈设计的成果还较为少见。 近年来,无源性理论被广泛的应用于非线性系统的研究,在非线性镇定问题上取得了大量成果。但是由于使系统无源化的充要条件是系统相对阶为1且是弱最小相位的(零动态稳定),而一般非线性系统很难达到这一条件,在很大程度上束缚了无源性在非线性控制领域的应用。 首先,本文分析了非线性不确定系统控制的发展状况,指出研究非线性不确定系统的稳定跟踪控制具有重大意义。其次,针对一类含有未知参数的本质非线性系统,提出了一种基于状态反馈的无源控制对策,克服了相对阶为1的束缚,解决了非线性系统的稳定性和输出跟踪问题。文中对自适应状态反馈和非自适应状态反馈分别进行了研究,设计了非自适应无源镇定控制器、输出跟踪控制器和自适应无源镇定控制器、输出跟踪控制器,并利用输出信号作为控制信号,保证了闭环系统稳定,实现了系统全局输出跟踪且所有信号全局一致有界。文中通过仿真算例验证了提出控制方案的有效性,表明系统具有较强的稳定性和跟踪特性。最后,本文通过跟踪阶跃信号对比了系统在两种控制器作用下的动态调节性能。仿真结果表明,自适应控制系统具有更强的跟踪性和动态调节性。


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