非線性系統(tǒng)全局魯棒自適應(yīng)輸出調(diào)節(jié)及其應(yīng)用.pdf

1、在系統(tǒng)受到不確定性和外部非期望信號(hào)干擾下，設(shè)計(jì)一個(gè)反饋控制器，在保持閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出漸近地跟蹤一類預(yù)先給定的外部參考信號(hào)并抑制擾動(dòng)輸入，是控制理論中的一個(gè)非常重要問題。當(dāng)外部參考信號(hào)和外部干擾輸入信號(hào)是由同一個(gè)被稱為外部系統(tǒng)的自治微分方程產(chǎn)生時(shí)，這個(gè)問題被稱作伺服控制問題，也稱為輸出調(diào)節(jié)問題。近年來國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)輸出調(diào)節(jié)問題，特別是非線性輸出調(diào)節(jié)問題進(jìn)行了深入的研究，其研究?jī)?nèi)容從確定系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)問題深入到不確定系統(tǒng)的

2、魯棒輸出調(diào)節(jié)問題，再進(jìn)一步擴(kuò)展到外部信號(hào)(參考信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào))未知的輸出調(diào)節(jié)問題。但是，當(dāng)考慮被控對(duì)象的魯棒性時(shí)，這些研究工作主要關(guān)注的是在外部系統(tǒng)是線性中性穩(wěn)定下的情況，即在魯棒輸出調(diào)節(jié)問題中的外部信號(hào)只能是常值和有限個(gè)正弦或者余弦信號(hào)的組合，而對(duì)外部系統(tǒng)是非線性的情況，并沒有得到很好的關(guān)注。而許多工程系統(tǒng)，例如：渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電力柔性結(jié)構(gòu)、通信電路等容易受到由非線性外部系統(tǒng)產(chǎn)生的振蕩輸入或者擾動(dòng)的影響。系統(tǒng)輸出受此類振蕩輸入信號(hào)影

3、響被稱為非諧波強(qiáng)迫振動(dòng)，非諧波強(qiáng)迫振動(dòng)會(huì)對(duì)工程系統(tǒng)產(chǎn)生一些不良的影響，例如噪音、疲勞、降低精度和耐用性、降低可靠性和不定時(shí)的關(guān)閉。因此，減少或者消去由非線性外部系統(tǒng)所產(chǎn)生的有害振蕩對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。
　　 本論文主要研究外部系統(tǒng)是非線性情況下的全局干擾抑制和全局魯棒輸出調(diào)節(jié)問題。第一部分旨在對(duì)非線性系統(tǒng)全局魯棒輸出調(diào)節(jié)問題中所能允許的外部信號(hào)做一些拓展性研究；第二部分則給出了輸出調(diào)節(jié)問題在一些實(shí)際問題中的應(yīng)用研究。論文研

4、究的主要內(nèi)容有：
　　 第一章，對(duì)當(dāng)前輸出調(diào)節(jié)理論的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析、歸納和總結(jié)，說明了本文研究的主要內(nèi)容。
　　 第二章，介紹了論文涉及到的基礎(chǔ)概念和主要理論，包括Lyapunov穩(wěn)定性概念及穩(wěn)定性定理，自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)工具，非線性輸出調(diào)節(jié)理論的基礎(chǔ)性工作及系統(tǒng)浸入的概念和性質(zhì)。
　　 第三章，研究了一類仿射非線性系統(tǒng)在非線性外部系統(tǒng)作用下的全局干擾抑制問題，給出了新的非線性內(nèi)模和狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，保證了閉

5、環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)漸近趨于零。同時(shí)以帶不確定參數(shù)的Van der Pol電路為例，仿真結(jié)果表明了所提出的干擾抑制算法的有效性，并且驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)器具有魯棒性。特別地，本章首次對(duì)Duffing混沌振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)非線性內(nèi)模和狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)器，并且用仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的干擾抑制算法可以完全抑制混沌干擾信號(hào)輸入。
　　 第四章，基于拓展的穩(wěn)態(tài)發(fā)生器和內(nèi)模定義，把Chen和Huang的工作推廣至非線性外部系統(tǒng)作用下的仿射非線性系統(tǒng)

6、全局干擾抑制問題的情形，設(shè)計(jì)了新的非線性內(nèi)模和狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)器。本章以經(jīng)典的Van der Pol振子為例，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的干擾抑制算法的有效性。
　　 第五章，研究了一類擴(kuò)展輸出反饋系統(tǒng)在非線性外部系統(tǒng)作用下的全局干擾抑制問題，給出了新的非線性內(nèi)模和自適應(yīng)輸出反饋調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，并且對(duì)于系統(tǒng)中含有的未知線性不確定參數(shù)，設(shè)計(jì)了新的自適應(yīng)律，保證了閉環(huán)系統(tǒng)輸出漸近趨于零。同時(shí)以帶不確定參數(shù)的Van der Pol電路為例，仿真結(jié)

7、果表明了所提出的干擾抑制算法的有效性，并且驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)輸出反饋調(diào)節(jié)器具有魯棒性。特別地，本章首次對(duì)Duffing混沌振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)非線性內(nèi)模和輸出反饋調(diào)節(jié)器，并且用仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的干擾抑制算法可以完全抑制混沌干擾信號(hào)輸入。
　　 第六章，基于拓展的穩(wěn)態(tài)發(fā)生器和內(nèi)模定義，把Chen和Huang工作推廣至非線性外部系統(tǒng)作用下的一類擴(kuò)展輸出反饋系統(tǒng)的全局干擾抑制問題，設(shè)計(jì)了新的非線性內(nèi)模和自適應(yīng)輸出反饋調(diào)節(jié)器。本章以

8、經(jīng)典的Van der Pol振子為例進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的干擾抑制算法的有效性。
　　 第七章，研究了基于內(nèi)模原理的外界電場(chǎng)激勵(lì)下Modified FitzHugh-Nagumo(MFHN)神經(jīng)元模型混沌魯棒控制問題。對(duì)于給定的一類外界激勵(lì)電流F(t)=(A/σ)cos((σt)，其中外激強(qiáng)度A和外激頻率σ是未知的，也就是說，在這個(gè)問題中，外界激勵(lì)電流信號(hào)是未知的。本章首先研究了一類不確定非線性輸出反饋系統(tǒng)在外部系統(tǒng)含

9、不確定性的情況下的全局魯棒自適應(yīng)輸出調(diào)節(jié)問題。然后，把在外界激勵(lì)電流作用下的MFHN神經(jīng)元模型的混沌魯棒控制問題轉(zhuǎn)化為輸出反饋系統(tǒng)的魯棒輸出調(diào)節(jié)問題，并且設(shè)計(jì)了非線性自適應(yīng)內(nèi)模和自適應(yīng)輸出反饋控制器，解決了受控MFHN神經(jīng)元模型的混沌魯棒控制問題。仿真結(jié)果說明了所提出的算法的有效性，并且驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的反饋調(diào)節(jié)器具有魯棒性。
　　 第八章，研究了Modified FitzHugh-Nagumo(MFHN)神經(jīng)元模型在一類非線性振子

10、激勵(lì)下的混沌魯棒控制問題。首先，研究了一類不確定非線性輸出反饋系統(tǒng)在非線性外部系統(tǒng)作用下的全局魯棒自適應(yīng)輸出調(diào)節(jié)問題。然后，把在非線性振子Van der Pol電路激勵(lì)下的MFHN神經(jīng)元模型的混沌魯棒控制問題轉(zhuǎn)化為輸出反饋系統(tǒng)的魯棒輸出調(diào)節(jié)問題，并且設(shè)計(jì)了非線性內(nèi)模和自適應(yīng)輸出反饋控制器，解決了受控MFHN神經(jīng)元模型的混沌魯棒控制問題。同時(shí)以帶不確定參數(shù)的Van der Pol電路為例，仿真結(jié)果說明了所提出算法的有效性，并且驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)