一類仿射非線性系統(tǒng)的最優(yōu)滑模跟蹤控制.pdf

1、最優(yōu)跟蹤問題由于其在工業(yè)的上廣泛應(yīng)用而受到普遍關(guān)注。線性系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤問題可直接利用線性最優(yōu)調(diào)節(jié)器的結(jié)果進(jìn)行求解，而非線性系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤問題常導(dǎo)致非線性兩點邊值問題(TPBV)，其解析解難以獲得。精確線性化方法作為非線性系統(tǒng)模型變換的一種數(shù)學(xué)工具，可以避免求解非線性TPBV問題，從而簡化最優(yōu)調(diào)節(jié)器的設(shè)計。實際系統(tǒng)不可避免地存在不確定性，不確定性的存在往往使得基于精確模型設(shè)計的最優(yōu)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能變差，甚至不穩(wěn)定。滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC

2、)的突出優(yōu)點是滑動模態(tài)對于不確定性具有完全魯棒性，可以對最優(yōu)調(diào)節(jié)器進(jìn)行魯棒化設(shè)計，從而實現(xiàn)“最優(yōu)不變性”。
　　 本文主要針對一類不確定仿射非線性系統(tǒng)，研究其最優(yōu)滑模跟蹤控制器的設(shè)計問題。主要內(nèi)容概況如下：
　　 1、研究不確定線性系統(tǒng)最優(yōu)滑模跟蹤控制器的設(shè)計問題。首先利用原系統(tǒng)和參考外系統(tǒng)得到一個新的增廣系統(tǒng)，從而將原系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤問題轉(zhuǎn)化為增廣系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)節(jié)問題。考慮到系統(tǒng)的不確定性，基于標(biāo)稱系統(tǒng)的最優(yōu)反饋控制律設(shè)計

3、最優(yōu)滑模面，使得滑動模滿足給出的最優(yōu)性能指標(biāo)要求，且對不確定性具有完全魯棒性。設(shè)計參考輸入觀測器，以解決控制律的物理不可實現(xiàn)問題。仿真結(jié)果說明該方法的有效性。
　　 2、研究一類參考信號由外系統(tǒng)給出的單輸入單輸出(SISO)不確定仿射非線性系統(tǒng)的最優(yōu)滑模跟蹤控制器設(shè)計問題。首先采用精確線性化方法，將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等效的線性系統(tǒng)。然后基于轉(zhuǎn)化后的系統(tǒng)和外系統(tǒng)，導(dǎo)出誤差狀態(tài)方程，將最優(yōu)跟蹤問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)調(diào)節(jié)問題：針對標(biāo)稱系統(tǒng)設(shè)計最優(yōu)調(diào)

4、節(jié)器，利用滑?？刂品椒▽ψ顑?yōu)調(diào)節(jié)器進(jìn)行魯棒化設(shè)計，保證系統(tǒng)具有最優(yōu)動態(tài)的同時，對不確定性具有滑動模態(tài)的完全魯棒性。以機(jī)器人動態(tài)控制系統(tǒng)為例，驗證此方法的有效性。
　　 3、研究一類參考信號由外系統(tǒng)給出的多輸入多輸出(MIMO)不確定仿射非線性系統(tǒng)的最優(yōu)滑模跟蹤控制器設(shè)計問題。采用精確線性化方法對原系統(tǒng)進(jìn)行輸入輸出解耦處理，以達(dá)到簡化設(shè)計的目的；然后利用解耦后的系統(tǒng)，與外系統(tǒng)構(gòu)成誤差系統(tǒng)，從而引出最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計問題；利用非線性系統(tǒng)