基于反演法的自适应控制器的研究与设计

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滑模变结构控制可以保证系统的全局稳定性,系统的滑动模态具有对系统摄动及外界干扰的不变性,即理想的、完全的鲁棒性。可以保证系统在运动过程中所确定的滑动模态渐进稳定且具有良好的动态品质。反演(backstepping)设计是一种构造性控制方法,使整个闭环系统满足期望的动静态性能,特别在设计不确定系统的鲁棒或自适应控制器方面,尤其当干扰或不确定性不满足匹配条件时,反演方法具有明显的优势。   论文的创新点:针对含有不确定性的非线性系统进行自适应控制器的设计,研究具有良好的过渡性能和鲁棒性的控制器的设计方法;把反演法与变结构控制相结合,实现基于反演法的自适应滑模变结构控制,为控制器的设计提供新的方法。   本文结合反演设计方法和变结构控制,提出反演自适应变结构控制策略,给出自适应控制器的设计,即反演自适应动态滑模控制器的设计,实现不确定系统的鲁棒调节,通过李亚普诺夫方法验证设计出的控制器的稳定性。最后进行仿真分析,通过仿真验证系统设计的正确性。   本文首先是针对低阶系统的反演自适应变结构控制,进行了动态反演自适应滑模控制。然后基于上述控制器设计的设计思想,对一类含有非匹配不确定性的仿射SISO非线性系统进行控制器的设计。对存在非匹配的不确定性和未知干扰的系统,设计的反演变结构控制器实现了鲁棒输出跟踪,闭环系统在有限时间进入滑动模态。该方案通过定义n级滑动模态,一步一步设计虚拟控制将输出跟踪误差限制在边界层范围之内,最后设计真正的变结构控制,实现了有界跟踪。方案的前n-1步为自适应反演算法,第n步引入了变结构控制,这使控制器对加于最后一个方程的非参数化不确定性及未知扰动具有较强的鲁棒性。基于Lyapunov稳定性理论的设计过程保证了闭环系统的全局稳定性。
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