非光滑控制理论及其若干应用问题研究

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1、万方数据非光滑控制理论及其若干应用问题,7-T1．r‘王翔宇中国210096导师：李世华教授专业：控制理论与控制工程时间：2014年6月万方数据REsEARcH。NN。N—sM。。T辩CONTROLTHEORYANDITSSEVERALAPPLICATIONPROBLEMSADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYWangXiangyuSupervisedbyProf．LiShihua(South

2、eastUniversity)Sch001ofAutomationSoutheastUniversityJune2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：至翅叠日期：型!±：』：笙东南大学学位论文使用授权声

3、明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：互』蠢季导师签名：吼蝉万方数据摘要非光滑控制的分析与综合是非线性控制领域内一个重要研究方向，对其进一步的深入研究有助于发展和完善非线性控制理论．由于非光滑控制

4、方法不仅能提高闭环系统的收敛性能和抗扰动性能而且还具有更广的应用范围，近年来该方向逐渐成为一大研究热点，但仍然存在许多没有解决的问题．本论文将对其中若干问题展开研究，主要内容包括一类平面非线性系统的非光滑输出反馈镇定，刚性液压臂架非光滑位置跟踪控制，基于输出反馈的电液伺服作动器非光滑力控制，基于输出反馈的单个自主水下机器人非光滑轨迹跟踪控制，多自主水下机器人系统的非光滑一致性及避碰控制和双积分器多智能体系统的分布式有限时间包容控制．主要研究结果和贡献如下：一、针对一类平面非线性系统，首次设计了非光滑全局输出反馈镇定控制器．该

5、类系统满足更加广义的增长性条件，即增长性条件中同时含有未知状态的低次项和高次项，且增长率可以为输出的任意光滑函数．首先，基于反馈压制方法，设计了同时具有状态低、高次信息的非光滑双模状态反馈控制器．然后，为了得到更加精确的状态估计值，设计了两个具有非线性增益的平行观测器，即双观测器，以分别估计未知状态的低、高次信息．最后，基于上述设计的状态反馈控制器和观测器的观测值，得到了非光滑双模输出反馈控制器．通过严格选取控制器和双观测器中的非线性增益可实现系统的全局渐近镇定．二、针对刚性液压臂架系统，首次提出了有限时间位置跟踪控制方案．

6、首先，对液压臂架系统进行建模，所建模型包含了电液伺服作动器的动态．然后，基于高阶终端滑模控制方法，设计了两种位置跟踪控制器，这两种控制器都可以全局有限时间镇定跟踪误差系统．与传统的反馈线性化控制方法相比，所提出的控制方案可以实现液压臂架更快及更精确的位置跟踪．三、针对单杆电液伺服作动器系统，首次提出了基于输出反馈的有限时间力控制方案．系统建模考虑了摩擦力的影响．首先，利用反馈压制方法，在不考虑和考虑摩擦力系数不确定性两种情况下，针对力跟踪误差系统分别设计了有限时问状态反馈控制器．然后，为估计系统的不可测状态，设计了一种有限时

7、间观测器．最后，基于上述设计的状态反馈控制器和观测器的观测值，得到了相应的非光滑输出反馈控制器，实现了力跟踪误差系统的有限时间镇定．与基于输出反馈的传统反步控制方案相比，所提出的非光滑输万方数据东南大学博士学位论文出反馈控制方案可以为电液伺服作动器力跟踪系统提供更快的跟踪速度和更高的跟踪精度．四、针对自主水下机器人系统，首次提出了基于输出反馈的有限时间轨迹跟踪控制方案．自主水下机器人采用六自由度建模，且为避免奇异性，姿态采用四元数描述．控制设计分为三步．首先，利用加幂积分方法，分别针对水下机器人平移和转动跟踪误差子系统设计全

8、局有限时间状态反馈镇定控制器．然后，考虑到机器人平移速度的测量问题，设计了一种有限时间观测器以观测平移速度信息．最后，基于设计的状态反馈控制器和有限时间观测器，提出了全局有限时间输出反馈轨迹跟踪控制方案．与基于输出反馈的传统反步控制方案相比，所提出的有限时间输出反馈控制方案可以为水下机器人