基于UDE的工程系统控制策略研究

作     者：于小桐 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王佐勋

授予年度：2021年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 071102[理学-系统分析与集成] 081103[工学-系统工程] 

主      题：不确定和扰动估计器 动态反馈控制 反同步 部分反同步 投影同步 

摘      要：在实际问题中,任何一个工程系统都存在不同程度的不确定性和外部干扰,这是无法避免的。如何消除不确定性和外部干扰对系统的影响,是控制系统设计中一个非常重要的问题。不管是系统内部的不确定性还是外部环境对系统的干扰,都可能会对系统的精确运行产生很大的影响,这就要求对系统施加控制时重点考虑以上问题。基于不确定和干扰估计器的控制方法（UDE控制方法）,因其直接、有效的控制思想以及在处理系统不确定性和外部干扰时优异的性能吸引了工业界学者的广泛关注。该方法的核心思想是将系统中的不确定和外部干扰看作是一个集总干扰,然后通过设计合适的滤波器从整体上估计该集总干扰,并通过设计控制器来抵消它,从而精确的控制目标。本文通过结合基于不确定性和扰动估计器的控制方法与动态反馈控制方法设计了一种新的基于不确定性和扰动估计器的动态反馈控制方法。该控制方法不仅具有动态反馈控制方法简单且物理可实现的特点,而且具有UDE控制方法处理系统不确定和外部扰动的优势。具体应用如下:一、将其应用于一类同时具有模型不确定性和外部扰动系统的反同步控制问题。首先,给出反同步的定义。然后,依据不确定性和扰动系统设计出基于UDE的动态反馈控制器。最后以4D系统为例,通过数值仿真验证了该控制器在反同步控制中的性能。二、研究了一类非线性系统的部分反同步问题。首先,给出系统部分反同步的定义。然后,研究在该定义下系统部分反同步的存在性,并在系统部分反同步存在的基础上设计一种算法求出能够实现部分反同步的所有解,进一步计算相应的非奇异变换矩阵,在该矩阵的作用下系统被分为两个子系统。然后设计基于不确定性和扰动估计的动态反馈控制器实现了该系统的部分反同步。最后以Lorenz系统为例,用数值仿真验证了以上理论结果。三、研究了一类非线性系统的投影同步问题。首先,给出投影同步的定义,在该定义下研究了系统投影同步问题的存在性。然后,在投影同步问题存在的基础上,求解了投影同步问题的所有解,并进一步设计一个非奇异矩阵,在该矩阵的作用下系统转化为两个子系统。接下来,针对带有不确定和扰动的系统,设计了基于UDE的动态反馈控制器实现了系统的投影同步。最后,以Chen-Lee系统为例,并通过数值仿真验证了以上理论结果的正确性和有效性。