多輸入-多輸出非線性系統(tǒng)的魯棒控制與調(diào)節(jié).pdf

1、多輸入/多輸出(MIMO)非線性系統(tǒng)廣泛存在于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中。早在上世紀(jì)70年代開始，MIMO非線性系統(tǒng)的控制問題就引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。但是，由于其輸入輸出通道的多樣性和復(fù)雜性，MIMO非線性系統(tǒng)的控制理論難以取得突破性進(jìn)展。近二三十年來，該理論的研究一致處于低潮。隨著工業(yè)科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，被控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和變量也越來越復(fù)雜和多樣，單輸入/單輸出(SISO)非線性系統(tǒng)控制理論難以滿足需求。因此，發(fā)展MIMO非線性系統(tǒng)控制理論具有

2、非常重大的理論與實(shí)際意義，也是迫在眉睫的。一般情況下，對(duì)于帶有相對(duì)階向量的MIMO非線性系統(tǒng)，可以直接擴(kuò)展SISO非線性系統(tǒng)理論。而對(duì)于帶不確定高頻增益矩陣的MIMO非線性系統(tǒng)、可逆MIMO非線性系統(tǒng)等更廣泛的MIMO系統(tǒng)，這種平凡的擴(kuò)展將不再適用，亟需提出新的設(shè)計(jì)方法。
　　本論文主要研究多種廣泛MIMO非線性系統(tǒng)的魯棒控制與調(diào)節(jié)問題。主要的研究工作和貢獻(xiàn)如下:
　　1)研究了帶不確定高頻增益矩陣的MIMO非線性系統(tǒng)的魯棒

3、控制問題。利用擴(kuò)展觀測(cè)器來估計(jì)狀態(tài)反饋控制律中不可測(cè)狀態(tài)以及不確定項(xiàng)，再利用飽和函數(shù)來避免“峰化現(xiàn)象”以及有限時(shí)間逃逸等問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出反饋半全局漸近穩(wěn)定，保證設(shè)計(jì)的輸出反饋性能逼近狀態(tài)反饋性能。
　　2)為一類線性可逆MIMO非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)了漸近穩(wěn)定控制器。利用簡(jiǎn)化的“結(jié)構(gòu)算法”，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一類特殊遞歸下三角結(jié)構(gòu)的“部分標(biāo)準(zhǔn)型”。以此為控制器設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，首先利用Lyapunov方法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制律，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局漸近鎮(zhèn)

4、定。然后再利用高增益觀測(cè)器以及非線性分離原理，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸出反饋控制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的半全局漸近/實(shí)際穩(wěn)定。
　　3)基于內(nèi)模原理，解決了一類不確定線性可逆MIMO非線性系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)問題。在獲得的“部分標(biāo)準(zhǔn)型”基礎(chǔ)上，利用Marconi和Praly提出的基于內(nèi)模的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出反饋漸近調(diào)節(jié)。
　　4)為一類非線性可逆MIMO非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)了漸近穩(wěn)定控制器。該MIMO系統(tǒng)的零動(dòng)態(tài)是平凡的，且其標(biāo)準(zhǔn)型的“乘子”是一

5、類有特殊結(jié)構(gòu)的函數(shù)。研究證明這類性質(zhì)可以推出上述非線性可逆系統(tǒng)是狀態(tài)反饋可鎮(zhèn)定的，并且還可以推出系統(tǒng)的一致完全可觀性和一致可逆性。在此基礎(chǔ)上，我們可以利用觀測(cè)器，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)輸出反饋控制律，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局/半全局漸近穩(wěn)定。
　　5)針對(duì)一類一致能觀標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一類低冪高增益觀測(cè)器。相比于高增益最大冪為系統(tǒng)維度的傳統(tǒng)觀測(cè)器，該觀測(cè)器的高增益最大冪僅為2，因此，當(dāng)被觀測(cè)系統(tǒng)的維度較大時(shí)，設(shè)計(jì)的觀測(cè)器不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的漸近估計(jì)，而且