具有磁滞约束的非线性系统容错控制设计

作     者：邱伟文 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：章云

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：Preisach算子 磁滞 执行器故障 非线性系统 神经网络 

摘      要：随着非线性系统结构的日益复杂,控制系统将存在着各种非线性与不确定性因素。另一方面,引入系统的执行器也存在着各种各样的非线性约束,这不仅会使得整个控制系统的控制精度受到严重影响,对非线性系统的控制设计来说也带来巨大困难。比如精密控制中的压电位移台,除了其具有高精度、高响应等特点外,内部存在的磁滞非线性使得输出与控制输入之间呈非线性,对于许多不具备磁滞补偿能力的非线性系统来说磁滞非线性是不容忽视的,更严重的是,当执行器同时存在故障等一系列问题时,系统将引发无法预料的变化,进而失去稳定性,因此,磁滞非线性与故障情况不容忽视。本文针对执行器受到磁滞非线性约束与故障约束的难点,开展对严格反馈系统进行非线性控制设计的研究,并进行了仿真与实验验证。本文基于自适应控制理论、Backstepping迭代设计方法、径向基径向基神经网络等技术,研究以下几点内容:（1）针对执行器具有磁滞约束的严格反馈系统,其中执行器磁滞约束部分采用经典Preisach磁滞算子模型描述,并以实验辨识的模型结果展开仿真,提出具有预定性能的自适应神经网络设计方案。首先,采用Preisach磁滞模型的非线性分解,并将其与Backstepping迭代设计相融合;其次,使用一类降阶光滑函数用于控制设计,并选用时间导数为负定的Lyapunov函数;然后,在控制器设计中引入径向基神经网络近似方法,抵消系统中的部分非线性及由离散化方法辨识Preisach平面等带来的干扰影响,并且使所得设计控制器包含的自适应估计参数只有一个;最后,证明其稳定性及进行仿真实验与半物理仿真实验。（2）针对执行器带有Preisach类型磁滞约束的严格反馈系统,在执行器含未知参数故障的情况下,以上述设计方案为基础,研究了两类具有预定控制性能的容错控制方案,其一为考虑使用包含故障系数与故障卡死参数的自适应估计对其进行故障处理;其二为分别对包含故障参数部分变量和包含卡死位置部分变量进行自适应控制设计,而包含磁滞的输入增益项与故障系数部分的变量采用为对其倒数的自适应估计,放宽其参数调整范围。最后,同样对其进行数值仿真实验与半物理仿真实验。