不确定非线性系统的鲁棒自适应控制研究

论文摘要

随着科学技术的发展,人们对非线性系统的控制提出了更高的要求。为了进一步发展和完善非线性控制理论,本文以非匹配非线性系统为研究对象,提出了一套鲁棒自适应控制方法。其贡献主要体现在以下几个方面: （1） 针对一类具有未知控制方向,未知参数以及未建模动态的非线性系统,提出了一种带有死区修正算法的鲁棒自适应后推控制策略。该策略不需要控制方向符号的先验知识,根据参数上下界先验信息,分别将光滑投影和非连续投影算法与参数自适应律结合起来,既抑制了参数的漂移,又使估计参数达到了最小。算法保证了闭环系统所有信号的有界性,同时使得跟踪误差收敛于零的任意小邻域内。 （2） 对存在外界干扰的严反馈非线性系统H∞控制问题,给出了一种带有死区的鲁棒自适应设计方法。该算法不但能够保证闭环系统的稳定性,还使得系统满足给定的L2干扰抑制性能指标,同时也不需要求解HJI不等式。 （3） 针对一类具有未知时变控制方向,不确定时变参数以及未知时变有界干扰的非线性系统,给出了一种带有死区修正算法的鲁棒控制方法。该策略不需要未知时变控制系数的上下界先验知识以及不确定参数和外界干扰的上界信息。算法保证了闭环系统所有信号的有界性,同时也使得跟踪误差收敛于零的任意小邻域内。 （4） 对一类具有未知参数,包括未知高频增益的非线性最小相位系统,首先在考虑存在外界干扰的情况下,提出一种鲁棒自适应输出反馈控制策略。系统所受的干扰有界但其界值是未知的。控制算法并不需要高频增益符号以及外界干扰的先验知识。同时,系统的非线性项并不需要满足增长性条件和匹配条件。算法使得估计参数量达到了最小,保证了闭环系统所有信号的有界性,同时使得跟踪误差渐进收敛于零。在考虑存在未建模动态的情况下,提出另一种输出反馈控制策略。根据未知参数的上下界先验信息,通过将光滑投影和非连续投影算法与参数自适律结合起来实现参数漂移的抑制。控制算法保证了闭环系统所有信号的有界性,同时使得系统输出渐进收敛于零。 （5） 基于神经网络的万能逼近特性,针对不确定非线性系统提出一种鲁棒自适应神经网络控制策略。运用神经网络来逼近系统中的不确定函数,采用在线自适应律对神经网络的权值进行在线调整。在控制方向未知的情况下,所给出的神经控制算法能够保证系统输出渐进收敛于零。在非线性系统的未建模动态满足输入—输出稳定时,基于小增益定理给出了控制器的设计以及整个闭环系统的稳定性分析,同时也证明系统输出能够调节到任意地小。在系统的所有状态变量均可测的条件下,提出一种多滑模神经网络控制策略。在每一步的设计中均引入一个带有饱和层的动态滑模面。算法保证系统跟踪

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 致谢
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 非线性系统鲁棒自适应控制研究进展
• 1.2.1 非线性控制
• 1.2.2 神经网络控制
• 1.2.3 模糊控制
• 1.2.4 机器人多指手的操作控制
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 带有死区修正的非线性系统鲁棒自适应控制
• 2.1 引言
• 2.2 不确定非线性系统鲁棒自适应控制
• 2.2.1 问题的描述及预备知识
• 2.2.2 基于光滑投影算法的控制器设计
• 2.2.3 稳定性分析
• 2.2.4 基于非连续投影算法的控制器设计
• 2.2.5 算例1
• 2.2.6 算例2
• 2设计'>2.3 带有死区修正的自适应鲁棒L₂设计
• 2.3.1 问题的描述
• 2.3.2 控制器的设计
• 2.3.3 仿真算例
• 2.4 时变非线性系统鲁棒自适应控制
• 2.4.1 问题的描述
• 2.4.2 控制器的设计
• 2.4.3 稳定性分析
• 2.4.4 算例
• 2.5 本章小结
• 第三章 非线性系统鲁棒自适应输出反馈控制
• 3.1 引言
• 3.2 受扰非线性系统鲁棒自适应输出反馈控制
• 3.2.1 问题的描述
• 3.2.2 控制器的设计
• 3.2.3 稳定性分析
• 3.2.4 仿真算例
• 3.3 具有未建模动态的非线性系统鲁棒自适应输出反馈控制
• 3.3.1 问题的提出
• 3.3.2 基于光滑投影算法的控制器设计
• 3.3.3 稳定性分析
• 3.3.4 基于非连续投影方法的控制器设计
• 3.3.5 仿真算例
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于神经网络的非线性系统鲁棒自适应控制
• 4.1 引言
• 4.2 控制方向未知的非线性系统神经网络控制
• 4.2.1 问题的提出
• 4.2.2 控制器的设计
• 4.2.3 稳定性分析
• 4.2.4 仿真算例
• 4.3 控制方向已知的非线性系统神经网络控制
• 4.3.1 问题的提出
• 4.3.2 控制器的设计及稳定性分析
• 4.3.3 仿真算例
• 4.4 非线性系统多滑模神经网络控制
• 4.4.1 问题的提出
• 4.4.2 控制器的设计
• 4.4.3 系统稳定性分析
• 4.4.4 仿真算例
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于模糊方法的非线性系统鲁棒自适应控制
• 5.1 引言
• 5.2 非匹配非线性系统模糊控制
• 5.2.1 问题的提出
• 5.2.2 控制器的设计
• 5.2.3 稳定性分析
• 5.2.4 仿真算例
• 5.3 基于模糊方法的非线性系统鲁棒自适应递推设计
• 5.3.1 问题的提出
• 5.3.2 模糊控制器的设计
• 5.3.3 稳定性分析
• 5.3.4 仿真算例
• 5.4 基于模糊方法的非线性系统动态面控制
• 5.4.1 问题的提出
• 5.4.2 控制器的设计及其稳定性分析
• 5.4.3 仿真实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 灵巧多指机器人手操作的鲁棒自适应控制
• 6.1 引言
• 6.2 存在滑动的四指手操作的动态控制
• 6.2.1 滑动操作的运动学分析
• 6.2.2 力的计算及优化
• 6.2.3 动态控制算法
• 6.2.4 仿真算例
• 6.3 约束环境中多指机器人手的鲁棒操作
• 6.3.1 多指手操作系统的数学模型
• 6.3.2 约束环境中多指手的鲁棒操作
• 6.3.3 多指手操作的鲁棒自适应控制
• 6.3.4 多指手操作系统内力的优化
• 6.3.5 仿真算例
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 研究工作的总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 作者攻博期间发表的论文