【摘 要】
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实际工程中的控制系统都不可避免的受到不确定性和扰动的影响,扰动抑制控制问题一直是控制领域的研究热点。有限时间控制因其控制器带有分数幂次项,使得有限时间闭环系统与非有限时间控制闭环系统相比具有更好的鲁棒性和抗扰性。另外,由于物理条件限制,很多控制系统都存在输入饱和,在控制系统设计时如果不进行处理将可能使控制系统性能下降,甚至会导致系统不稳定。因此,本文将针对存在输入饱和与干扰的一类不确定性非线性系统
【基金项目】
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一类受扰复杂机电系统的有限时间高精度跟踪控制,河北省自然科学基金资助项目,项目编号:F2019203090; 一类复杂机电系统的高精度跟踪控制与容错控制研究,河北省教育厅高等学校科技计划重点项目,项目编号:ZD2021102;
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实际工程中的控制系统都不可避免的受到不确定性和扰动的影响,扰动抑制控制问题一直是控制领域的研究热点。有限时间控制因其控制器带有分数幂次项,使得有限时间闭环系统与非有限时间控制闭环系统相比具有更好的鲁棒性和抗扰性。另外,由于物理条件限制,很多控制系统都存在输入饱和,在控制系统设计时如果不进行处理将可能使控制系统性能下降,甚至会导致系统不稳定。因此,本文将针对存在输入饱和与干扰的一类不确定性非线性系统进行有限时间跟踪控制研究。论文的主要研究内容如下:首先,针对具有输入饱和的一类受扰非线性系统提出一种反步滑模有限时间跟踪控制算法。该算法采用双曲正切函数近似饱和项,其近似误差与干扰和不确定性组成综合扰动,利用有限时间扩张状态观测器进行估计,将扰动估计值进行前馈补偿;再通过反步滑模控制方法设计控制器,并引入一阶低通滤波器以解决反步法中的“微分爆炸”问题;理论分析表明所提出的控制算法能够保证系统跟踪误差在有限时间内收敛到原点;最后通过在永磁同步电动机转速跟踪控制系统上进行仿真与实验,以验证所提出控制算法的有效性。然后,进一步考虑非线性系统中控制系数未知的情况,提出一种自适应实用有限时间控制算法。先引入输入饱和方程来描述输入饱和;再结合反步法设计自适应实用有限时间控制器,在控制器中引入滑动切换项以抵消扰动,并引入时变增益以减弱控制器中的切换信号引起的抖振;理论分析表明系统跟踪误差能够在有限时间内收敛到原点附近的邻域内;最后通过以刚性航天器系统为例进行仿真,并在永磁同步电动机转速跟踪控制系统上进行仿真与实验,以验证所提出控制算法的有效性。最后,针对具有时变扰动、非对称输入饱和以及部分状态未知的一类多变量非线性系统,提出一种自适应滑模有限时间跟踪控制算法。该算法先利用有限时间状态观测器估计系统未知状态,再基于二阶非奇异快速终端滑模面设计自适应滑模有限时间控制器,在控制器中引入变增益切换项在抵消扰动影响的同时减小了滑模控制的抖振现象;理论分析表明所提出的控制算法能够使系统跟踪误差在有限时间内收敛到原点;最后通过在刚性航天器系统进行仿真以验证所提出控制算法的有效性。
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