非光滑控制理論及其在飛行器系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、非光滑控制器不僅可以提高閉環(huán)系統(tǒng)的收斂速度和抗干擾性能，而且具有更廣泛的應(yīng)用范圍.近年來(lái)非光滑控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注，但是仍有許多亟待解決的問(wèn)題.本論文主要在非線性系統(tǒng)的通用有限時(shí)間觀測(cè)器的設(shè)計(jì)、上三角非線性大系統(tǒng)的全局分散鎮(zhèn)定、下三角非線性隨機(jī)系統(tǒng)的有限時(shí)間輸出反饋鎮(zhèn)定、小行星探測(cè)器有限時(shí)間軟著陸控制、六自由度空間飛行器編隊(duì)飛行系統(tǒng)的有限時(shí)間控制以及空間飛行器的有限時(shí)間姿態(tài)跟蹤控制方面進(jìn)行了研究.主要研究結(jié)果和貢獻(xiàn)

2、如下:
　　一、針對(duì)一類可能受干擾和未知參數(shù)影響的不確定非線性系統(tǒng)，給出了一種通用有限時(shí)間觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法.首先，根據(jù)干擾所滿足的假設(shè)條件對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)擴(kuò)張.其次，通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換、齊次系統(tǒng)理論和非光滑控制分析方法來(lái)設(shè)計(jì)通用有限時(shí)間觀測(cè)器，使得原系統(tǒng)中的未測(cè)量狀態(tài)、未知參數(shù)、所受干擾及其各階導(dǎo)數(shù)都能夠在有限時(shí)間內(nèi)估計(jì)出來(lái).最后，利用通用有限時(shí)間觀測(cè)器對(duì)一類水輪機(jī)系統(tǒng)中的未測(cè)量狀態(tài)、未知參數(shù)、干擾進(jìn)行估計(jì)值，并基于通用有限時(shí)間觀

3、測(cè)器和非光滑控制設(shè)計(jì)方法解決了水輪機(jī)系統(tǒng)的有限時(shí)間輸出反饋調(diào)節(jié)問(wèn)題.
　　二、針對(duì)一類帶有非Lipschitz連續(xù)非線性項(xiàng)的不確定上三角非線性大系統(tǒng)，給出了全局分散控制器的設(shè)計(jì)方法.首先，利用增加冪積分方法為系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的標(biāo)稱系統(tǒng)設(shè)計(jì)非光滑控制器，使得各個(gè)標(biāo)稱子系統(tǒng)在非光滑控制器的作用下是全局漸近穩(wěn)定的，并證明了在所給出的非光滑分散控制器作用下整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)是局部漸近穩(wěn)定的.其次，基于嵌套飽和技術(shù)將得到的分散控制器飽和化.最后，

4、證明在飽和分散控制器的作用下，按照從下到上的方式，通過(guò)調(diào)整飽和度，使得整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)是全局漸近穩(wěn)定的.
　　三、針對(duì)一類p-規(guī)范型下三角非線性隨機(jī)系統(tǒng)，給出了全局有限時(shí)間輸出反饋控制方法.首先，基于增加冪積分方法和齊次系統(tǒng)理論以遞歸的方式為非線性隨機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)稱系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)降階的齊次狀態(tài)觀測(cè)器和控制器.其次，利用齊次占優(yōu)方法來(lái)處理系統(tǒng)中的漂移項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)，證明了所給出的輸出反饋控制器可以確保閉環(huán)系統(tǒng)是全局有限時(shí)間依概率穩(wěn)定的.數(shù)值仿真

5、算例表明了所給控制方法的有效性和合理性.
　　四、針對(duì)一類以小行星為中心用二維動(dòng)態(tài)方程描述的探測(cè)器著陸系統(tǒng)，提出了基于視線角的有限時(shí)間軟著陸控制方法.首先，根據(jù)系統(tǒng)多變量、非線性和強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，將著陸小行星的動(dòng)態(tài)誤差系統(tǒng)分成兩個(gè)子系統(tǒng):位置誤差子系統(tǒng)和視線角誤差子系統(tǒng).其次、利用齊次系統(tǒng)理論為視線角誤差子系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，使得視線角誤差子系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)收斂.最后，利用齊次系統(tǒng)理論為退化的位置誤差子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有限時(shí)間控制器，嚴(yán)格的理論

6、分析表明所給的設(shè)計(jì)方法能夠確保整個(gè)動(dòng)態(tài)誤差系統(tǒng)是有限時(shí)間穩(wěn)定的.
　　五、針對(duì)一類六自由度空間飛行器編隊(duì)飛行系統(tǒng)，提出了三種有限時(shí)間控制器的設(shè)計(jì)方法.首先，基于非奇異終端滑?？刂品椒?，給出了一種局部有限時(shí)間控制器的設(shè)計(jì)方法.其次，利用通用有限時(shí)間觀測(cè)器來(lái)估計(jì)系統(tǒng)中的擾動(dòng)，基于非奇異終端滑模控制器和利用通用有限時(shí)間觀測(cè)器技術(shù)得到的前饋補(bǔ)償項(xiàng)給出了一種復(fù)合的有限時(shí)間控制器的設(shè)計(jì)方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地削減系統(tǒng)的抖動(dòng).最后，基于切

7、換控制方法、連續(xù)非奇異終端滑?？刂品椒ê屯ㄓ糜邢迺r(shí)間觀測(cè)器技術(shù)，給出了一種全局有限時(shí)間控制器的設(shè)計(jì)方法.
　　六、針對(duì)一類空間飛行器姿態(tài)系統(tǒng).提出了基于連續(xù)有限時(shí)間擾動(dòng)觀測(cè)器的有限時(shí)間姿態(tài)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)方法.首先，針對(duì)一類受高階非線性干擾的系統(tǒng)，基于齊次系統(tǒng)系統(tǒng)理論和飽和技術(shù)理論給出了一種連續(xù)有限時(shí)間擾動(dòng)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法，理論分析表明在該連續(xù)有限時(shí)間擾動(dòng)觀測(cè)器下干擾及其各階導(dǎo)數(shù)都可以在有限時(shí)間內(nèi)估計(jì)出來(lái).此外，基于給出的連續(xù)有限