不确定非线性系统的预定性能反步控制

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近些年,关于不确定非线性系统控制问题的研究受到越来越多的关注,并取得了显著的成果。而预定性能控制可以保证控制系统的性能达到预先设定的要求,关于预定性能控制的研究已经应用到许多领域。论文针对一类具有外界干扰/未知参数的非线性系统的控制问题,提出新型的预定性能控制策略,主要研究内容如下:首先,针对一类具有外界干扰的非线性系统的跟踪控制问题,设计预定性能反步控制策略。为保证系统的预定性能,设计障碍Lyapunov函数;将外界干扰和虚拟控制输入的导数作为综合不确定因素,并设计干扰观测器对其进行估计,从而避免传统反步控制的“计算爆炸”问题;通过反步控制方法设计控制输入。通过Lyapunov理论证明系统的稳定性,实现系统输出的稳定跟踪且输出跟踪误差满足预先设定的暂态和稳态性能。结合永磁同步电机的仿真验证所提出控制策略的有效性。其次,针对一类带有不确定的非线性系统,结合自适应反步控制与滤波器设计控制策略。采用自适应律估计不确定的上界;为了避免传统反步控制的“计算爆炸”问题,设计新型的滤波器估计虚拟控制输入的导数,并在反步控制结构下设计控制输入。基于Lyapunov理论证明闭环系统的有界稳定性,实现系统输出的稳定跟踪且输出跟踪误差满足预先设定的暂态和稳态性能。通过对高超声速飞行器的仿真验证所设计控制策略的有效性。最后,针对一类带有外界干扰以及未知参数的非线性系统,提出一种新型的预定性能反步控制策略。通过设计新型的障碍Lyapunov函数,保证跟踪误差的预定性能;采用自适应律对未知参数进行估计,并构造干扰观测器对系统中的外界干扰进行估计,为消除传统反步控制的“计算爆炸”问题,设计新型的一阶滤波器对虚拟控制输入的导数进行估计;在此基础上设计反步控制器。基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性和跟踪误差的预定性能。通过对永磁同步电机进行仿真验证所设计控制策略的有效性。
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