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《燕山大学》 2018年
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下三角非线性系统递归构造控制器设计

李亚峰  
【摘要】:随着科学技术的发展以及工程机械系统自动化程度的提高,现代工程实际系统日趋复杂化,且对系统控制性能的要求、作业任务的难度不断加强。其中,极具代表性的下三角非线性系统的控制问题,受到了国内外诸多学者的广泛关注,并取得了大量的研究成果。本文主要采用递归设计方法,基于确定性系统和随机系统Lyapunov稳定理论,依次研究了下三角确定性非线性系统、下三角随机非线性系统,以及下三角非线性多智能体系统的控制器设计问题,并考虑了未建模、死区输入、随机扰动、不确定参数、时滞等因素对系统控制器设计及稳定性分析的影响。本文的主要研究内容如下:(1)针对具有未建模动态及死区输入特性的关联时变非线性系统,基于递归设计策略,构造系统状态反馈有限时间分散控制器,使得系统状态在有限的时间内到达平衡点。其中,分别采用鲁棒控制方法和改变能量函数(changing supply function)方法,对系统的死区输入特性和未建模进行处理,并给出相应的限制性条件。另外,基于固定时间收敛定理,给出关联系统固定时间镇定条件,保证系统状态在固定时间内收敛到平衡点;(2)进一步考虑随机扰动及不确定参数对系统造成的影响,基于随机系统稳定性理论,给出任意切换规则下p型随机非线性系统的自适应状态反馈控制器设计方法。其中,自适应律通过调整函数的方法进行设计。所构造的控制器及自适应律均独立于切换规则。此外,当系统不存在随机扰动或参数已知时,分别给出了相应p型系统的有限时间稳定定理;(3)考虑时滞对随机系统控制器设计及稳定性分析的影响,并给出存在动态增益情形下,随机时滞系统解的存在性唯一性定理及系统稳定性定理。基于动态增益方法,利用递归设计策略,构造p型时滞随机系统的自适应状态反馈跟踪控制器,保证了跟踪误差期望值的有界性。尤其,当被跟踪信号为零时,系统所有状态值依概率收敛到平衡点;(4)针对系统模型为下三角结构的确定性非线性多智能体系统,首先,基于动态增益方法,针对每个智能体,构造降阶动态增益观测器,估计系统不可测量状态,再利用递归设计方法,设计多智能体系统输出反馈分布式包络控制器,保证跟随者输出信息收敛到领导者所生成的凸包内。其中,所构造的降阶动态增益观测器放松了现有观测器的Lipchitz条件限制。同时,所研究的多智能体系统可以存在很强的异构性,使得提出的控制策略具有更广泛的适用性;(5)考虑随机扰动对多智能体系统控制器设计的影响,基于随机系统稳定性理论,利用递归设计方法,给出下三角非线性随机多智能体系统领导跟随分布式一致性控制策略,保证智能体输出跟踪误差期望的有界性,且其它状态量在概率上全局有界稳定。所提出的分布式控制策略,只需要邻居智能体的输出信息。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP13

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