基于新型量化器的执行器磁滞约束系统控制

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控制理论面对的对象越来越复杂,系统中存在越来越强的非线性和不确定性。另一方面,由于对精度要求的提高,带有磁滞特性的压电驱动执行器、磁致伸缩执行器被引入到工业生产系统和探测装备。同时,网络化控制由于其模块化、分散化和信息管理集中化的特点而获得广泛应用。但是,对使用磁滞执行器的高精度系统引入网络化控制时,将遭遇一系列问题:网络化控制系统为降低通信负担引入的量化机制会带来量化误差;执行器磁滞的存在使得状态观测器无法获取作用于被控对象的信号以估计系统状态;更严重的是磁滞非线性在量化引入的高频信号成分的作用下无法保持磁滞回环的形状而发生畸变,导致作用于被控对象的信号发生不可预料的变化,进而导致系统性能下降甚至失稳。为此,本文针对带有磁滞特性执行器的不确定非线性系统量化控制问题,具体分为状态反馈控制和输出反馈控制两部分。1)研究带有执行器磁滞的量化控制不确定非线性系统的状态反馈控制方案。提出滤波量化器以在限制通信率的同时消除传输信号的高频成分,从而解决执行器磁滞非线性在高频信号下发生畸变的问题。针对使用滤波控制器的不确定非线性系统,基于Backstepping技术和模糊逻辑系统的在线逼近能力,为控制器给出新的控制设计策略,并为滤波量化器中的自适应低通滤波器设计了新的自适应调节方式。2)研究输出反馈的带有执行器磁滞的量化控制不确定非线性系统控制方案。在输出反馈条件下,除了磁滞在量化传输信号的作用下畸变的矛盾外,还需考虑未知执行器磁滞对系统状态估计的阻碍。为此,提出反馈量化器并为该量化器中的引入反馈机制和新的自适应策略,从而解决量化和磁滞的矛盾并使得状态估计可以在磁滞的遮掩下进行。基于模糊逻辑系统和Backstepping方法,对受磁滞耦合和反馈量化器作用的具有更强复杂性的不确定非线性系统给出新的控制方案。最后,基于Lyapunov稳定性分析方法严格证明所提出的量化器和控制方案保证系统输出跟踪误差的收敛性和闭环信号的有界性。通过一系列数值仿真实验和对比仿真实验,进一步验证本文提出方案的有效性和优越性。
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