基于耗散理论的非线性鲁棒控制研究

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不确定非线性系统是目前控制理论领域的一个重要课题。由于非线性系统的复杂性,非线性系统的控制问题一直是一个难点。在研究非线性不确定系统的鲁棒稳定性方面,虽然基于Lyapunov理论的思想经过百年的发展已经相当成熟,但至今非线性系统的Lyapunov函数的构造还没有统一有效的方法。 针对Lyapunov函数难以构造的问题,以及在使系统成为耗散系统的一般方法中,都需要解适当的HJI(Hamilton-Jacobi-Issacs)偏微分不等式,而该不等式目前尚无有效的解析求解方法这两大难题,本文以耗散系统理论为基础,结合非线性系统研究中应用最广泛的H-控制,把L2增益作为性能指标,利用递推法构造保证γ-耗散性的能量存储函数,从而获得满足L2性能准则的反馈控制器。 本文首先提出L2性能准则设计问题的概念,然后研究了一类不确定性可以用未知摄动函数来描述的系统,该论文指出这类系统的L2鲁棒性能设计问题,可以归结为等价干扰输入和评价信号增维后的标称系统的L2性能准则设计问题。 最后讨论了一类同时具有未知参数和未知函数摄动不确定性的非线性系统,基于耗散系统理论把鲁棒自适应控制与L2增益控制结合起来可以得到较理想的控制器,鉴于现有的鲁棒自适应控制方法都是针对相对阶为1的非线性系统的,本文提出在原有的方法上结合使用Backstepping方法来递推构造出存储函数,就可以把该方法扩展到系统相对阶大于1的情况,从而得到系统的L2鲁棒性能设计问题的解。文中为了避免每一步递推都需要增加新的估计参数的缺点,引入了调整函数,可以简化控制器的设计。通过这种方法设计的鲁棒自适应控制器,可以使系统在存在未建模动态和有界扰动的情况下,系统输出收敛到零,而且估计参数误差也是有界的,因此是适用范围很广泛的一类非线性系统全局控制。最后通过一个仿真算例验证了本文的结论。
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