一类具有外部扰动的不确定MIMO非线性系统的输出跟踪控制

作     者：袁欣 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙宗耀;杨少华

授予年度：2024年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 070105[理学-运筹学与控制论] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0701[理学-数学] 071101[理学-系统理论] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：MIMO非线性系统 有限时间输出跟踪控制 时变动态增益 外部扰动 非线性参数化动态 

摘      要：现实生活中,我们接触到的很多非线性系统,例如,高超声速飞行器,刚性连杆电驱动机器人和倒立摆等,都是多变量系统,具有严重的不确定性。此外,外部干扰在现实生活中是不可避免的,会对系统性能产生一定的不利影响。如何在存在参数不确定性和外部干扰的情况下,处理子系统之间的未知耦合系统动力学,同时达到预期的跟踪效果是本论文的主要研究内容。因此,本论文研究了一类具有外部扰动的不确定多输入多输出(MIMO)非线性系统基于状态反馈和输出反馈的输出跟踪控制问题。本论文分为两方面进行讨论:一方面是系统的所有状态均是可测的,即状态反馈控制,另一方面是系统中只有输出是可测的,即输出反馈控制,两部分的主要内容如下: 一、一类具有外部扰动的不确定MIMO非线性系统的有限时间跟踪控制 本部分内容是在所有状态均可测的情况下,研究一类不确定MIMO非线性系统的输出跟踪控制问题。难点在于保证跟踪误差在有限时间内进入任意指定的邻域。为解决这一问题,基于与跟踪误差相关的时变动态增益的构造和非线性参数化的有效处理,通过反步法建立了一种新的状态反馈控制器,以保证所有闭环信号的有界性和跟踪误差在有限时间内收敛到原点的一个小邻域。此外,本部分还考虑了外部扰动对系统的影响,提高了控制器的实用性。最后,通过一个数值仿真实验和一个质量-弹簧-阻尼器的实例验证了控制策略的有效性。 二、一类具有外部扰动的不确定MIMO非线性系统的输出反馈跟踪控制 在这一部分中,针对一类具有外部扰动的不确定MIMO非线性系统,考虑在只有输出可测的情况下,研究了这类系统的输出反馈输出跟踪控制问题。难点在于如何设计一个合适的观测器来保证良好的跟踪性能。为解决这一问题,首先通过假设条件对非线性函数进行线性化,然后设计状态观测器对系统的状态进行估计。本部分建立了指数观测器,并将不可测量状态替换为它们的估计。然后,采用反步法设计了输出反馈跟踪控制器,以保证闭环系统所有信号的有界性和输出信号的良好跟踪性能,并实现了输出跟踪误差在有限时间内收敛到原点的一个小邻域。最后,通过两个实际系统验证了该控制器的有效性。