本文所研究的前向控制技術(shù)是在系統(tǒng)浸入與不變流形理論的理論框架下提出來的,是針對一類具有嚴格反饋形式的高階非線性系統(tǒng)設(shè)計出來的構(gòu)造性控制方法。前向控制策略通過構(gòu)造映射,將低階目標系統(tǒng)浸入到被控對象中,使得被控對象與目標系統(tǒng)有一致的響應特性。相對于經(jīng)典的反步法,前向控制是從流形的角度出發(fā),原則上不需要Lyapunov函數(shù),而且其設(shè)計步驟可以大大簡化。本文首先將被控對象指定為一類關(guān)于輸入仿射的高階全信息非線性系統(tǒng),通過對系統(tǒng)浸入與不變流形理論的研究,前向控制技術(shù)可以有效地實現(xiàn)模型降階。這種新型的非線性控制方法不需要對模型進行線性化,僅需要在每一步構(gòu)造目標系統(tǒng)、映射以及虛擬控制器保證閉環(huán)子系統(tǒng)所有信號的有界性,以及在浸入條件中系統(tǒng)響應特性得到傳遞。然而,隨著系統(tǒng)自由度的增加,控制器設(shè)計會變得越來越復雜。出現(xiàn)這種弊端的原因與經(jīng)典反步法類似,前向控制方法每一步設(shè)計都需要計算映射的導數(shù),被控對象的階數(shù)越高,計算量越增大,這就是微分膨脹現(xiàn)象。為了解決這樣的問題,在每一步虛擬控制器設(shè)計過程中,引入一個濾波器來計算映射及其導數(shù),保證整個控制器設(shè)計過程不涉及直接的微分運算,極大地提高了控制器計算效率。同時,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景與研究意義
    1.2 系統(tǒng)浸入和不變流形理論
        1.2.1 研究現(xiàn)狀
        1.2.2 理論難點
    1.3 控制問題綜述
        1.3.1 反步控制方法
        1.3.2 有限時間控制
        1.3.3 飽和控制
    1.4 拮抗式筋腱機械臂
    1.5 研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)
第2章 高階全信息非線性系統(tǒng)的前向控制
    2.1 預備知識
    2.2 標準前向控制
        2.2.1 系統(tǒng)模型描述
        2.2.2 控制設(shè)計方法
        2.2.3 穩(wěn)定性證明和應用分析
        2.2.4 仿真算例
    2.3 映射濾波前向控制
        2.3.1 系統(tǒng)模型描述
        2.3.2 控制設(shè)計方法
        2.3.3 仿真算例:四旋翼飛行器
    2.4 本章小結(jié)
第3章 高階不確定非線性系統(tǒng)的魯棒前向控制
    3.1 自適應前向控制設(shè)計
        3.1.1 系統(tǒng)模型描述
        3.1.2 控制器設(shè)計方法
        3.1.3 參數(shù)更新律設(shè)計
        3.1.4 穩(wěn)定性分析
        3.1.5 仿真算例
    3.2 基于擾動觀測器的魯棒前向控制
        3.2.1 系統(tǒng)模型描述
        3.2.2 控制設(shè)計方法
        3.2.3 不確定性觀測器的設(shè)計
        3.2.4 穩(wěn)定性分析
        3.2.5 仿真算例:球桿系統(tǒng)
    3.3 基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒自適應前向控制
        3.3.1 系統(tǒng)描述與徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        3.3.2 控制設(shè)計方法
        3.3.3 權(quán)重更新律的設(shè)計
        3.3.4 穩(wěn)定性分析
        3.3.5 仿真算例
    3.4 本章小結(jié)
第4章 控制系統(tǒng)性能改善與抗飽和前向控制
    4.1 準有限時間前向控制設(shè)計
        4.1.1 系統(tǒng)模型描述
        4.1.2 控制設(shè)計方法
        4.1.3 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應特性
        4.1.4 仿真算例:柔性關(guān)節(jié)機器人
    4.2 基于雙曲正切函數(shù)的抗飽和前向控制
        4.2.1 系統(tǒng)模型描述
        4.2.2 控制設(shè)計方法
        4.2.3 穩(wěn)定性分析
        4.2.4 仿真算例:磁懸浮系統(tǒng)
    4.3 本章小結(jié)
第5章 前向控制方法在拮抗式筋腱機械臂中的應用
    5.1 拮抗式筋腱機械臂的建模
    5.2 基于前向技術(shù)的動態(tài)面控制
        5.2.1 控制器設(shè)計
        5.2.2 穩(wěn)定性分析
        5.2.3 系統(tǒng)仿真
    5.3 自適應前向控制在機械臂中應用
    5.4 準有限時間前向控制在機械臂中的應用
        5.4.1 控制器設(shè)計
        5.4.2 仿真結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]有限時間控制問題綜述[J]. 丁世宏,李世華.  控制與決策. 2011(02)

博士論文
[1]欠驅(qū)動質(zhì)量矩飛行器的控制設(shè)計方法研究[D]. 姜宇.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[2]不確定輸入飽和系統(tǒng)的魯棒控制研究[D]. 石廳.浙江大學 2009
[3]一類欠驅(qū)動機械系統(tǒng)的非線性控制研究[D]. 高丙團.哈爾濱工業(yè)大學 2007

碩士論文
[1]基于反步法的四旋翼飛行器非線性控制[D]. 田聰玲.哈爾濱工業(yè)大學 2014



本文編號：2904974