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【6h】

具有输入未建模动态的非线性系统自适应输出反馈控制研究

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目录

论文说明

摘要

预备知识及符号说明

第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 输入未建模动态简介

1.3 国内外研究现状和成果

1.3.1 后推技术

1.3.2 动态面控制技术

1.3.3 自适应控制和神经网络控制

1.3.4 具有输入未建模动态和状态未建模动态的非线·I生系统研究成果

1.4 论文的主要工作和结构安排

第二章 一类具有输入未建模动态的非线性系统自适应输出反馈控制

2.1 引言

2.2 问题描述及基本假设

2.3 自适应动态面控制器设计

2.4 稳定性分析

2.5 仿真结果

2.6 结论

第三章 具有状态和输入未建模的非线性系统自适应输出反馈控制

3.1 引言

3.2 问题描述及基本假设

3.3 自适应鲁棒控制器设计

3.4 稳定性分析

3.5 仿真结果

3.6 结论

第四章 基于高增益观测器的非线性系统自适应输出反馈控制

4.1 引言

4.2 问题描述及基本假设

4.3 高增益观测器及自适应鲁棒控制器设计

4.4 稳定性分析

4.5 仿真结果

4.6 结论

第五章 总结与展望

5.1 现阶段工作总结

5.2 展望与进一步研究工作

参考文献

致谢

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声明

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摘要

在实际的非线性控制系统中,被控对象常常会存在很多不确定性和未建模动态,例如测量噪声、外部扰动、建模误差、控制器死区和饱和以及控制器与所要控制的系统之间往往会存在不可直接测量的输入未建模动态等,它们都是影响系统控制性能的重要因素.本文在传统的非线性系统上,考虑带有两类未建模子系统的情况,分别称为状态未建模动态和输入未建模动态.并考虑系统状态方程中非线性函数为未知的情形,使系统更为一般化.对于系统中不可测量的状态,设计了对应的观测器.利用神经网络逼近系统未知函数.基于动态面控制技术,通过引入一阶滤波器,避免了传统后推设计中对虚拟控制的反复求导,降低了控制器设计的复杂性.并结合自适应控制技术,有效地抑制了因输入未建模动态而引起的扰动.本文在未建模动态满足一定的假设条件下,对几类不确定非线性系统提出一套自适应动态面智能控制策略,并将其应用到小车上的倒立摆控制系统中.理论分析证明闭环系统是半全局一致终结有界的,仿真实验表明了本文控制器算法的有效性.论文主要工作如下:
  首先,针对一类带有线性输入未建模动态的非线性系统,通过构造系统状态观测器,并利用神经网络的逼近能力,提出一种自适应动态面输出反馈控制器设计方案.动态面控制的优势在于,在传统的后推设计中引入一阶滤波器,避免了对虚拟控制的反复求导。设计以控制律为输入的m滤波器,并结合自适应控制,有效地抑制了因输入未建模动态而引起的扰动,通过理论分析和仿真实验证明了闭环控制系统是半全局一致终结有界的.
  其次,针对一类带有非线性输入未建模和状态未建模动态的非线性系统,通过设计K滤波器观测系统不可测量状态,并利用RBF神经网络的逼近能力,提出一种自适应跟踪控制器设计方案.对于系统的状态未建模部分,本文放宽了对其假设的条件,考虑其为输入到状态实际稳定(ISpS)的情况,去掉了要求该非线性子系统指数收敛的条件(exp-ISpS).结合动态面控制技术,在传统的后推设计中引入一阶滤波器,避免了对虚拟控制的反复求导,利用Nussbaum函数性质,有效地解决了高频增益符号未知问题.在控制器设计中引入规范化信号来约束输入未建模动态,并运用自适应控制,有效地抑制了因输入未建模动态而引起的扰动,通过理论分析和倒立摆模型仿真实验证明了闭环控制系统是半全局一致终结有界的.
  最后,在上一部分工作的基础上,针对一类带有非线性输入未建模和状态未建模动态的一类严格反馈系统,通过设计高增益观测器,观测系统不可测量状态,提出一种自适应神经网路跟踪控制方案.在使用自适应神经网络方案设计时,通过利用Young's不等式,大大减少神经网络权重在线自适应的数量,提出了一个参数自适应的设计方案.本控制器设计方案中只需用到少量的系统信息,控制系统较为一般化,可涵盖一大类的常见控制系统.
  通过本文的研究,较好地解决了几类带有输入未建模以及状态未建模的非线性系统跟踪控制问题,通过理论分析和仿真实验证明了论文中控制器算法的有效性和实用性.

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