不对称非线性系统的鲁棒预测控制器设计与分析

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不对称系统在方向相反的输入作用下,表现出不相同的动态响应过程,尤其在平衡点附近不对称的动态特性表现更为明显。目前,针对不对称系统的研究,大多局限于不对称系统是线性描述情况。针对少数不对称系统是非线性描述情况,一般采用线性化近似方法,然后进行控制,但当系统非线性程度比较高的情况下,经过线性化处理得到的系统模型与原系统模型可能失配,进而导致控制效果不理想。因此本文针对受约束和外部干扰的不对称非线性系统设计控制器,以使得闭环系统稳定。本文的工作主要可以概括为三部分:第一,研究了一类受约束不对称非线性系统的鲁棒控制问题。首先针对正反系统分别设计基于Lyapunov函数的鲁棒控制器,并对其稳定域进行估计,利用正反方向鲁棒控制器分别计算每一时刻的控制作用,然后系统根据正反控制作用的匹配情况来选择控制器,以使闭环系统达到全局渐近稳定,最后给出一个仿真实例,验证了该方案的有效性。第二,研究了一类受约束和外部干扰的不对称非线性系统的鲁棒控制问题。首先针对正反系统分别设计基于Lyapunov函数的鲁棒控制器,并对其稳定域进行估计,利用正反方向鲁棒控制器分别计算每一时刻的控制作用,然后系统根据正反控制作用的匹配情况来选择控制器,以使闭环系统达到全局渐近稳定,最后给出一个仿真实例,验证了该方案的有效性。第三,研究了一类受约束不对称非线性系统的有限时间鲁棒预测控制问题。考虑系统初始状态和稳定域的关系,基于Lyapunov函数设计两种控制器,以使闭环系统在任何初始状态下有限时间稳定。具体内容如下:首先针对正反系统分别设计基于Lyapunov函数的鲁棒控制器,并对其稳定域进行估计。当系统初始状态在稳定域之内,直接利用鲁棒控制器使系统有限时间稳定;当系统初始状态在稳定域之外,针对正反系统分别设计基于Lyapunov函数的预测控制器,利用其在有限时间内把状态拉进稳定域内,然后再利用鲁棒控制器使系统在稳定域内有限时间稳定,最后给出一个仿真实例,验证了该方案的有效性。
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