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输入饱和,即执行器饱和,是实际工程中一种普遍存在的现象。输入饱和产生的原因,主要是考虑到系统的物理性质、安全因素以及现有的技术条件,使得传输控制信号的执行器幅值大小受到一定的限制。同时,在控制系统理论中,饱和是一种常见的系统非线性约束。研究具有输入饱和约束的控制系统分析和综合问题时,如果忽视了饱和现象的存在,将使得闭环系统性能衰减,甚至丧失稳定性。因此,研究具有输入饱和约束的系统控制问题具有工程价值和理论意义。本文针对输入饱和约束下几类典型的控制系统,通过对现有方法和结论进行分析改进,从系统鲁棒稳定分析和综合的角度进行了相对深入地探讨和研究,获得了一些新的研究成果。本文的主要工作简述如下: 1.针对输入饱和约束下离散时间和连续时间不确定切换系统,在考虑范数有界不确定性和全局Lipschitz非线性情况下,进一步研究了鲁棒控制问题。基于一类依赖于系统状态的切换策略。利用多胞体微分包含的方法,给出了保守性小的系统可镇定状态反馈控制器存在条件,刻画了闭环系统的吸引域。基于上述条件和构造优化策略,设计出一族可镇定控制器,并且达到了扩大闭环系统吸引域的目的。值得注意的是,对于上述具有饱和约束的切换系统鲁棒可镇定结论,没有涉及到子系统的镇定性要求。因此,结论保守性小、应用范围广泛。两个仿真算例验证了设计方法的适用性。 2.针对输入饱和约束下不确定时滞系统,在考虑有界外部扰动和系统状态信息未知的情况下,研究了基于状态观测器的鲁棒输出反馈控制问题。通过利用多胞体微分包含方法、Lyapunov-Krasovskii泛函和Lyapunov-Razumikin稳定性理论,针对系统是否受到外部扰动,以及系统的输入系数矩阵是否带有不确定的情况,提出了一种分层设计的方法。系统没有受到外部扰动的情况下,获得时滞相关控制器设计条件,可以有效地保证闭环系统局部渐近稳定;系统受到外部扰动时,获得时滞无关控制器设计条件,可以保证闭环系统在初值容许范围条件下一致指数收敛到一个球体集合里。数值仿真结果表明了设计方法的适用性。 3.针对输入饱和约束下非线性不确定系统,在考虑系统输入包括控制输入和扰动输入两个部分的情况下,系统地研究了基于扰动观测器的复合控制问题。基于输入扰动观测器,构建复合控制器,更加有效地实现抗扰和控制双重目的,并且给出使得闭环系统稳定的控制器存在条件。通过构造迭代优化算法,获得优化闭环系统吸引域的控制器增益。另外,对于输入饱和非线性的处理上,分别使用多胞体微分包含和改进的扇形条件方法,以达到对比设计条件的目的。利用A4D飞行器模型仿真,验证了设计方法的适用性。 4.针对输入饱和约束下不确定马尔可夫跳变系统,在考虑系统转移概率(离散时间)和速率(连续时间)信息部分已知的情况下,系统全面地研究了抗饱和控制问题。利用扇形条件和抗饱和设计策略,给出了对于被研究系统的抗饱和补偿项增益的存在条件,补偿后的控制器可以实现输入饱和约束下闭环系统局部随机稳定的目的。通过设计并求解凸优化算法,获得一族伴随着最大吸引域估计的抗饱和补偿增益。另外,上述结论可以有效地处理任意切换下的输入饱和约束下切换系统和传统意义下的马尔可夫系统抗饱和控制问题。数值仿真算例验证了设计方法的适用性。