状态受限非完整系统的镇定与跟踪控制研究及应用

作     者：张圣苗 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张中才

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：非完整系统 状态约束 中继切换 反步法 镇定控制 轨迹跟踪控制 

摘      要：非完整系统是非线性控制领域的重要分支,在实际工程应用中占据重要位置.相比于传统非线性系统,非完整约束的存在限制了经典非线性方法的直接应用,使得非完整系统控制理论研究更具挑战.事实上,由于环境的复杂多变和模型的不确定因素,非完整系统的状态约束与抗干扰控制备受关注.本文针对非完整系统,借助反步法、自适应控制和中继切换技术等方法,探究其在状态受限和外部扰动情况下的镇定控制和轨迹跟踪控制.本文的研究工作主要包括以下三个部分:1.针对一类全状态约束参数不确定非完整系统,研究其自适应镇定控制问题.首先,基于系统固有的三角结构特性,对系统控制器的设计分两个独立阶段进行.通过状态依赖函数和不连续状态缩放变换,将原状态约束非完整系统转化为新的无约束系统,进而解决了状态约束问题.在此基础上,将调节函数设计方法与切换控制技术相结合,提出了自适应镇定控制器.最后,稳定性分析说明了所提控制方法不仅能够实现镇定控制目标而且可以保证期望的状态约束.仿真结果表明了所设计控制器的有效性.2.针对一类外部干扰下的全状态约束不确定非完整系统,提出了一种新的抗干扰镇定控制器.首先对系统的第一个控制输入设计了镇定控制器,进而将整个控制设计分为两个阶段.通过状态变换将干扰下的状态约束系统转化为干扰下的无约束新系统.基于新系统模型,利用反步法和动态面控制技术,设计了抗干扰镇定控制器.最后,分析表明所设计的镇定控制算法能够实现系统镇定和状态约束双重控制目标.仿真实例和实验结果同时验证了所提出的镇定控制器的有效性.3.针对一类外部干扰下的全状态约束无漂移项非完整系统,研究其轨迹跟踪控制问题.首先,为了实施中继切换控制方法以及分阶段设计,对系统的第一个控制输入设计了有限时间跟踪控制器.利用状态依赖函数变换,将原始状态约束跟踪误差系统转化为新的无约束系统.针对中继切换后系统,借助于反步法和动态面控制技术,构造一种抗干扰轨迹跟踪控制器.同时针对中继切换前系统,提出了另一个保证系统有界性和状态约束的抗干扰轨迹跟踪控制器.最后,分析表明所提出的基于中继切换的抗干扰跟踪控制算法能够保证系统轨迹跟踪误差收敛到零和期望的状态约束.仿真实例和实验结果共同证实了所设计跟踪控制器的有效性.