【摘要】：實(shí)際系統(tǒng)都要受到輸入飽和的限制。在實(shí)際控制設(shè)計(jì)中忽略飽和非線性往往會(huì)給閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能帶來(lái)不利的影響,甚至?xí)䦟?dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。而由于輸入受限系統(tǒng)中本質(zhì)的非線性特征,使得鎮(zhèn)定問(wèn)題是非平凡的。另一方面,時(shí)滯現(xiàn)象廣泛存在于實(shí)際工程中,時(shí)滯的存在輕者會(huì)影響到系統(tǒng)的性能,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,尤其是當(dāng)時(shí)滯足夠大時(shí)。因此對(duì)于具有輸入飽和與時(shí)滯的控制系統(tǒng)的研究是非常迫切和困難的,可以想見(jiàn)其難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)僅含飽和非線性或者僅含時(shí)滯的情形。本文主要研究了具有輸入飽和與時(shí)滯的控制系統(tǒng)的全局鎮(zhèn)定,并將所提出的方法用于解決平面垂直升降飛行器系統(tǒng)模型的全局鎮(zhèn)定問(wèn)題。主要內(nèi)容包括:1.研究了具有輸入飽和與時(shí)滯的一般ANCBC線性系統(tǒng)的全局鎮(zhèn)定問(wèn)題。借助于幾類特殊的標(biāo)準(zhǔn)型,設(shè)計(jì)了具有嵌套飽和型與級(jí)聯(lián)飽和型的多種非線性控制律來(lái)解決相應(yīng)的全局鎮(zhèn)定問(wèn)題,并給出了保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的顯式的條件。不同于已有的標(biāo)準(zhǔn)型,本文所構(gòu)造的新的標(biāo)準(zhǔn)型不僅輸入中含有時(shí)滯而且狀態(tài)中也含有時(shí)滯,這些性質(zhì)能夠保證在遞歸設(shè)計(jì)過(guò)程中狀態(tài)實(shí)現(xiàn)相消。另外,在控制律中還引入了大量的可調(diào)節(jié)的自由參量。相比于已有的理論結(jié)果,以上這些設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)能夠極大地提升閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。2.研究了具有輸入飽和與時(shí)滯的離散多積分器系統(tǒng)的全局鎮(zhèn)定問(wèn)題。當(dāng)輸入時(shí)滯為零時(shí),本文通過(guò)以下兩類措施進(jìn)一步提升了閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。一方面,提出了具有嵌套飽和型和級(jí)聯(lián)飽和型兩類非線性控制律,其中的飽和函數(shù)具有狀態(tài)依賴性,這有利于提高控制能量的利用率,進(jìn)而可改善閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。另一方面,建立了一組關(guān)于控制律參數(shù)的新型約束條件,相比于已有的結(jié)果,這組約束條件的保守性更小,從而有更加充裕的自由度來(lái)選擇相應(yīng)的參數(shù)值使得控制律的控制性能更好。當(dāng)輸入時(shí)滯非零時(shí),本文設(shè)計(jì)了具有嵌套飽和型和級(jí)聯(lián)飽和型兩類非線性控制律來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局鎮(zhèn)定,并給出了保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的顯式的條件。此設(shè)計(jì)方式是依據(jù)一類輸入和狀態(tài)均含時(shí)滯的標(biāo)準(zhǔn)型,這種特殊形式能夠使得Teel針對(duì)無(wú)時(shí)滯系統(tǒng)所提出的遞歸設(shè)計(jì)中的狀態(tài)解耦性能同樣適用于有時(shí)滯情形,這使得分析過(guò)程變得十分簡(jiǎn)潔易懂。3.基于上述理論結(jié)果,進(jìn)一步研究了具有輸入飽和與時(shí)滯的連續(xù)/離散前饋型非線性系統(tǒng)。本文首先考慮了兩類連續(xù)前饋型非線性時(shí)滯系統(tǒng),其線性化部分分別具有多積分器和多振蕩器的形式。借助于兩類特殊的標(biāo)準(zhǔn)型,設(shè)計(jì)了具有嵌套飽和型與級(jí)聯(lián)飽和型的多種非線性控制律來(lái)解決相應(yīng)的全局鎮(zhèn)定問(wèn)題,并給出了保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的顯式的條件。針對(duì)所考慮的前饋型非線性系統(tǒng)中的線性動(dòng)力學(xué)部分,所提出的特殊標(biāo)準(zhǔn)型因輸入和狀態(tài)同時(shí)含有時(shí)滯,使得能夠在每一步的遞歸設(shè)計(jì)中消去其余的狀態(tài)分量,并在每一步設(shè)計(jì)中只需考慮解耦后的單個(gè)標(biāo)量系統(tǒng)。這與已有的設(shè)計(jì)方法不同,已有的設(shè)計(jì)方法需要在每一步遞歸設(shè)計(jì)中考慮一個(gè)與前述狀態(tài)分量相耦合的標(biāo)量時(shí)滯系統(tǒng)。另外,本文在控制律中還引入了一些可調(diào)節(jié)的自由參量,以用于改善控制性能。此外,需要指出的是本文所處理的非線性前饋系統(tǒng)相比于已有結(jié)果更具一般性,這是因?yàn)楸疚乃紤]的系統(tǒng)中的非線性項(xiàng)不僅含有當(dāng)前狀態(tài)信息而且還含有滯后狀態(tài)信息。最后,本文將上述設(shè)計(jì)方法推廣到了離散情形中。據(jù)調(diào)研所知,針對(duì)此類離散情形的問(wèn)題在此之前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。4.基于本文所建立的理論結(jié)果,本文研究了具有輸入飽和與時(shí)滯的PVTOL飛行器模型的全局鎮(zhèn)定問(wèn)題。首先通過(guò)模型變換將PVTOL飛行器模型系統(tǒng)等價(jià)轉(zhuǎn)化為一個(gè)用狀態(tài)空間描述的時(shí)滯系統(tǒng),然后運(yùn)用本文所提出的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)全局鎮(zhèn)定的非線性控制律,并給出了保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的顯式條件。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP13

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 周彬;具有飽和非線性的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參量Lyapunov方法及其應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2762232