【摘 要】
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板球系统是一种典型的四自由度欠驱动机械系统,具有非线性、强耦合、多输入多输出等特性,是验证和优化各种先进控制算法的理想实验平台。板球系统的控制问题主要可以分为镇定问题和轨迹跟踪控制问题。针对板球系统的轨迹跟踪控制问题,现有结果通常忽略了其数学模型中的运动耦合项且要求系统参数已知,具有一定的局限性。近几十年来,非线性输出调节理论因其能够同时实现轨迹跟踪、干扰抑制和鲁棒性等多种控制目标,已经被成功地应
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板球系统是一种典型的四自由度欠驱动机械系统,具有非线性、强耦合、多输入多输出等特性,是验证和优化各种先进控制算法的理想实验平台。板球系统的控制问题主要可以分为镇定问题和轨迹跟踪控制问题。针对板球系统的轨迹跟踪控制问题,现有结果通常忽略了其数学模型中的运动耦合项且要求系统参数已知,具有一定的局限性。近几十年来,非线性输出调节理论因其能够同时实现轨迹跟踪、干扰抑制和鲁棒性等多种控制目标,已经被成功地应用于解决各种实际系统的控制问题。因此,采用非线性输出调节理论解决时变参考信号下板球系统的轨迹跟踪控制问题具有重要意义。本文主要研究了系统参数已知和系统参数未知两种不同情况下的板球系统轨迹跟踪控制问题。具体的研究工作如下:（1）基于近似非线性输出调节理论,研究了时变参考信号下的板球系统轨迹跟踪控制问题。首先,考虑到板球系统对应的调节器方程的精确解不可得,板球系统的轨迹跟踪控制问题可以被描述成一个近似非线性输出调节问题。然后,利用多项式近似方法求出调节器方程的三阶近似解。最后,基于该近似解设计一个三阶控制器来解决该近似非线性输出调节问题。仿真结果验证了所提控制算法的有效性。（2）基于近似非线性鲁棒输出调节理论,研究了时变参考信号下的板球系统轨迹跟踪控制问题。首先,针对系统参数未知的情形,板球系统的轨迹跟踪控制问题可以被描述成一个近似鲁棒输出调节问题。然后,基于广义外部系统矩阵设计一个三阶内模。最后,基于该内模设计一个三阶鲁棒控制器来解决该近似鲁棒输出调节问题。仿真结果表明,所提控制算法不仅能够实现高精度的轨迹跟踪控制,而且允许所有的系统参数未知。
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