具有非線性外部系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)及其在飛行器姿態(tài)控制中的應(yīng)用.pdf

1、輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題是控制理論及其應(yīng)用中的核心問(wèn)題之一,它的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)反饋控制器使所得到的閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的,并且能夠漸近跟蹤期望的軌跡和抑制干擾。這就使得系統(tǒng)的穩(wěn)定、跟蹤給定的參考信號(hào)和抑制干擾成為輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題的特例。飛行器的姿態(tài)控制常常涉及到姿態(tài)穩(wěn)定、姿態(tài)跟蹤和抑制外部干擾等一系列問(wèn)題,而輸出調(diào)節(jié)理論恰好可以解決這些問(wèn)題。于是,進(jìn)一步發(fā)展和推廣非線性系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)理論,并且將新理論應(yīng)用到飛行器的姿態(tài)控制和干擾抑制問(wèn)題中,具有重要的理論意義

2、和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。由于描述飛行器的動(dòng)力學(xué)方程是非線性強(qiáng)耦合的,在設(shè)計(jì)飛行器的姿態(tài)控制和干擾抑制控制器時(shí)就需要考慮到非線性因素的影響?，F(xiàn)有的關(guān)于非線性系統(tǒng)輸出調(diào)節(jié)理論的研究大都要求外部系統(tǒng)是線性的,這個(gè)條件在一定程度上限制了輸出調(diào)節(jié)理論的發(fā)展及其在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。
　　本論文將首先研究具有非線性外部系統(tǒng)的非線性系統(tǒng)輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題,進(jìn)一步發(fā)展非線性系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)理論,然后將所得到的理論應(yīng)用到飛行器的姿態(tài)控制和干擾抑制問(wèn)題中。主要研究?jī)?nèi)容

3、可以概括如下:
　　一,研究了一類(lèi)具有非線性外部系統(tǒng)和控制方向未知的不確定非線性系統(tǒng)的全局魯棒輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題。在非線性外部系統(tǒng)和控制方向未知同時(shí)出現(xiàn)的情況下,將Nussbaum動(dòng)態(tài)增益技術(shù)、非線性?xún)?nèi)模方法和魯棒控制方法結(jié)合起來(lái),提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)輸出反饋控制方法。
　　二,研究了一類(lèi)具有非線性外部系統(tǒng)和最小相位的不確定非線性系統(tǒng)的全局魯棒輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題。在調(diào)節(jié)器方程的解滿(mǎn)足一個(gè)非線性方程的條件下,去掉了原來(lái)需要把外部系統(tǒng)表示成有限項(xiàng)

4、Taylor展開(kāi)形式的假設(shè),提出了一個(gè)不依賴(lài)于外部信號(hào)的非線性?xún)?nèi)模設(shè)計(jì)方法。在所設(shè)計(jì)的非線性?xún)?nèi)模的基礎(chǔ)上，利用Lyapunov穩(wěn)定性分析方法設(shè)計(jì)了輸出反饋控制器。
　　三,研究了一類(lèi)具有非線性外部系統(tǒng)和非最小相位的不確定非線性系統(tǒng)的全局魯棒輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題。利用浸入系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)非線性?xún)?nèi)模,通過(guò)假設(shè)調(diào)節(jié)器方程的一部分解是不依賴(lài)于外部信號(hào)和不確定參數(shù)的一個(gè)常數(shù),結(jié)合改變能量函數(shù)技術(shù),克服了要求非線性系統(tǒng)是最小相位的約束條件,將改變能量函

5、數(shù)技術(shù)和動(dòng)態(tài)增益技術(shù)結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)了一個(gè)狀態(tài)反饋控制器。
　　四,利用非線性?xún)?nèi)模設(shè)計(jì)思想研究了剛性飛行器的姿態(tài)跟蹤和干擾抑制問(wèn)題。首次將矩陣的半張量積與自適應(yīng)控制結(jié)合起來(lái)處理了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣中的參數(shù)不確定性,利用仿真結(jié)果驗(yàn)證了基于半張量積的自適應(yīng)控制方法在控制性能方面的優(yōu)越性。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣不確定時(shí),設(shè)計(jì)了一個(gè)依賴(lài)外部信號(hào)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器,提出了一種基于半張量積的自適應(yīng)姿態(tài)跟蹤和干擾抑制控制器。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣已知時(shí),設(shè)計(jì)了一個(gè)不依賴(lài)外部信