输入饱和系统输出调节问题的组合非线性反馈控制及应用

摘要

输出调节问题是现代控制理论中的重要研究课题之一，随着输出调节问题在工程实际中应用越来越广，被控系统的复杂度和多样性成为了不可避免的问题。由于被控系统的结构复杂，如何设计良好性能的控制器不仅是一个关键点,也是一个难点。因此，输出调节问题也成为现代控制理论中一个具有挑战性的研究领域。
　　本论文通过研究三类不同的被控系统的输出调节问题来阐述几类输出调节控制器的设计。第一类是具有输入饱和的线性系统基于组合非线性反馈控制的输出调节问题；第二类是具有输入饱和的多输入多输出系统基于组合非线性反馈控制的输出调节问题；第三类是具有输入饱和的离散化多输入多输出系统基于组合非线性反馈控制的输出调节问题。具体的研究工作如下：
　　第一，研究了截止到目前的输出调节问题的相关文献和组合非线性反馈控制的理论成果，输入饱和是输出调节问题在应用到实际系统时常见的问题。本文给出了基于组合非线性反馈控制的输入饱和控制器设计方法，使闭环系统同时具备良好的稳态性能和瞬态性能。
　　第二，复杂系统通常具有高阶多输入多输出的特点，会影响跟踪控制器的设计和性能。本文通过组合非线性反馈控制律中线性部分保证响应前期的跟踪速度，非线性部分消除由线性部分引起的超调量，实现对输入饱和的高阶多输入多输出线性系统的跟踪控制。
　　第三，已有的组合非线性反馈设计方法主要针对的都是给定参考点和连续信号的轨迹跟踪，对于离散系统中信号的跟踪还没有深入研究，尤其是具有高阶多输入多输出特性的复杂离散系统的控制器设计。本文给出了离散组合非线性反馈控制器和相应降阶观测器的设计方法，在离散时间域上实现系统的跟踪定位。
　　第四，应用输入饱和高阶多变量组合非线性反馈控制设计方法针对带有输入饱和的直升机模型进行控制器设计和输出调节。为了能够跟踪参考信号，构建了一个状态扰动观测器和一个组合非线性反馈控制器。为了研究控制器的性能，分别在无外部干扰和有外部干扰两种情况下设计了控制器。所有的仿真结果表明复合非线性反馈控制器是有效的，它证明组合非线性反馈控制方法能够明显地改善系统的瞬态性能。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 相关技术国内外发展及研究现状

1.3 本文的主要研究内容及结构安排

第2章 输入饱和系统输出调节问题的组合非线性反馈控制

2.1 引言

2.2 原始组合非线性反馈控制律设计

2.3 CNF控制律稳定性分析

2.4 CNF控制律仿真及分析

2.5 本章小结

第3章 高阶多输入多输出饱和系统组合非线性反馈控制

3.1 引言

3.2 问题定义与基础假设

3.3 高阶多变量CNF控制律设计

3.4 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第4章 离散多变量饱和系统组合非线性反馈控制

4.1 引言

4.2 问题定义与基础假设

4.3 离散多变量CNF控制律设计

4.4 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第5章 组合非线性反馈控制在直升机系统控制设计中应用

5.1 引言

5.2 直升机系统模型的建立

5.3 无外部干扰情况CNF控制器设计

5.4 带外部干扰情况CNF控制器设计

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢

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