具有输出约束的非线性系统自适应输出反馈控制研究

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在许多实际非线性系统中,未建模动态的存在严重降低了闭环系统的性能,甚至会造成系统的不稳定.实现对未建模动态影响的抵消和抑制是提高系统控制性能的关键.此外,为了确保系统的高性能和安全性,实际控制系统通常会对其输出和状态变量进行约束.在实际操作中,如果违反约束条件,将会导致系统性能下降甚至是系统损毁.目前对无约束系统的研究已经非常成熟,但各种约束的存在使得无约束系统控制方法不能很好地应用到有约束系统中,这就使得对有约束系统的深入研究变得非常必要.本文针对几类具有未建模动态和输出约束的非线性系统,分别基于障碍Lyapunov函数(BLF)、积分型障碍Lyapunov函数(iBLF)和非线性映射(NM),提出了四种自适应动态面控制方案.现将论文的主要内容总结如下:第一,基于未建模子系统是指数输入状态实际稳定的假设,针对一类具有状态未建模动态和对称输出约束的非线性系统,通过引入BLF,提出了一种自适应动态面输出反馈控制方案.利用径向基函数神经网络(RBF NNs)逼近未知非线性函数.利用K滤波器将复杂的非线性系统转变为低阶子系统.引入一个可量测的动态信号来抵消未建模动态对系统的影响.通过保证BLF有界,达到限制系统输出的目的.通过理论分析证明了闭环系统的所有信号是半全局一致终结有界的且系统输出满足约束条件.最后,利用一个数值仿真算例进一步验证了所提控制方案的有效性.第二,针对一类具有状态未建模动态和对称输出约束的非线性系统,通过引入iBLF,提出了一种自适应动态面输出反馈控制方案.为了降低K滤波器的阶数和相应向量参数的维数,避免直接利用RBF NNs估计系统未知非线性函数.通过直接对系统的输出进行约束,放宽了确保约束满足的初始条件.为了降低控制器设计的复杂性,采用动态面控制方法进行控制器设计,同时通过构造适当的未知连续函数,在稳定性分析中,有效地处理了由神经网络逼近和未建模动态所产生的误差项.通过理论分析证明了闭环系统的所有信号是半全局一致终结有界的且系统输出满足约束条件.最后,利用两个数值仿真算例进一步验证了所提控制方案的有效性.第三,基于未建模子系统是全局指数稳定的假设,针对一类具有状态未建模动态和非对称输出约束的非线性系统,通过引入NM,提出了一种自适应动态面输出反馈控制方案.基于假设未建模子系统是全局指数稳定的,利用Lyapunov函数描述未建模动态.通过引入K滤波器和NM,将具有输出约束的复杂非线性系统转换为无约束的低阶系统.通过理论分析证明闭环系统的所有信号是半全局一.致终结有界的且系统输出满足约束条件.最后,利用两个数值仿真算例进一步了验证所提控制方案的有效性.第四,将NM方法进一步应用到一类具有输出约束的严格反馈非线性系统中,并同时考虑了输入未建模动态对系统的影响.通过理论分析证明闭环系统的所有信号是半全局一致终结有界的且系统输出满足约束条件.最后,利用两个数值仿真算例进一步了验证所提控制方案的有效性.
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