基于事件触发机制的一类非仿射非线性系统自抗扰控制
作者单位：南京邮电大学
学位级别：硕士
导师姓名：杨杨
授予年度：2023年
主 题：自抗扰控制 事件触发机制 容错控制 输出一致跟踪控制 状态一致跟踪控制
摘 要：现代民用和国防中诸多系统均具有非仿射非线性形式,如风扇转速系统和直升机控制系统等。这些系统在实际工作中的易遭受自身模型不确定性或外部扰动的影响。同时,随着工程应用规模的扩大,现有网络通信资源相对有限。针对上述问题,本文研究基于事件触发机制的一类非仿射非线性系统自抗扰控制问题具有理论价值与实际意义。主要研究工作包括以下三个方面:1.针对一类不确定非仿射非线性单输入单输出系统,研究了事件触发自适应容错问题。利用隐函数定理和中值定理将非仿射系统转化为仿射系统,利用扩张状态观测器和跟踪微分器分别估计未知动态和虚拟控制律的导数。针对执行器失效故障设计自适应律去实时补偿。针对执行器时变偏置故障,引入了投影算子来在线估计。为了节约通信资源,提出了基于跟踪误差和自适应参数的时变阈值事件触发机制。利用预定义性能将跟踪误差收敛到预定界内,提高了跟踪误差的瞬态性能。进一步的,考虑执行器故障和输入迟滞同时发生的情况,提出了一个事件触发自适应容错控制方案。由于执行器输入迟滞与事件触发机制存在设计冲突,因此在控制器到执行器通道引入一个二阶滤波器以获得光滑可微的控制信号,进而设计自适应容错控制方案来抵消输入迟滞的影响。提出了一种基于双曲正切函数的时变阈值,使得关于控制信号的阈值始终保持在固定的界内,从而改善了控制信号的跳变和抖动问题。利用输入到状态实际稳定性定理分析闭环系统的稳定性以及无Zeno行为。2.针对一类不确定非仿射非线性多智能体系统,提出了一种基于实际固定时间和事件触发的自抗扰输出一致跟踪策略。非仿射型多智能体系统由隐函数定理、中值定理以及自抗扰控制思想转化为仿射型多智能体系统。设计基于触发输出的分布式领导者估计器利去估计领导者信号。实际固定时间技术提供了收敛时间的上界,且上界与初始条件无关。利用扩张状态观测器和跟踪微分器分别估计每个跟随者的未知动态以及虚拟控制律的导数。通过所提出的输出一致跟踪策略分析多智能体系统输入到状态实际稳定性以及无Zeno行为。3.针对一类不确定随机非仿射非线性多智能体系统,提出了一种基于双端触发的自抗扰状态一致控制方案。为了提高通信资源的利用率,提出了一个双端事件触发机制。双端触发是基于扩张状态观测器的触发和控制输入信号的触发。其中,事件触发扩张状态观测器用来估计内部不确定性和外部有界随机扰动。提出了一种基于改进后的时变增益扩张状态观测器。所设计的时变增益形式为分段函数,第一部分是常数和指数函数的组合项,第二部分始终为一个常数。从时变增益函数构造形式上看,改进后时变增益函数额外增加了一个常数,使得初始时间的估计误差变为可调参数与初始估计误差的乘积项。与常数增益扩张状态观测器相比,其增加了增益的可调性。含时变增益的事件触发扩张状态观测器可以有效抑制常数增益下在初始时间附近引起的峰值现象。通过所提出的状态一致跟踪策略,证明了状态一致误差以及事件触发扩张状态观测器的观测误差有界以及无Zeno行为。
同方学位论文库