非线性级联系统全局渐近调节和跟踪控制的研究

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1、东南大学学位论文独创性声明IIllIll111。1111111111MIIIIIIIIIIIIllIIIIIIIIY2272503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．东南大学学位论文使用授权声明东南大学，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，缩印或其它复

2、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(包括刊登)论文的全部或部分内容．论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理．研究生签名：盘丝i良导师签名琴日期础居摘要非线性控制系统的研究近年来受到越来越多的重视，在过去的二十年里，得到了许多有意义的关于非线性控制系统的研究结果．具有级联结构的非线性控制系统是非线性系统控制理论中一个重要的研究领域．受近年来输入状态稳定性(ISS)与积分输入状态稳定性(iISS)概念的启发，我们研究了具有ISS或ilSS级联子系统的非线性级联系统的全局渐近调节控制，全局渐近设定点

3、跟踪控制及全局渐近时变跟踪控制等．我们应用反步(Backstepping)递推算法分别设计了状态反馈或输出反馈控制器，在ISS或iISS级联子系统状态不可测的情况下，实现了非线性级联系统的全局渐近调节控制或输出跟踪控制．此外，论文中给出了所提出控制方案的几个应用实例，例如，本文发展的控制方案可以应用于连续搅拌化学反应釜(CSTR)的温度调节控制，风扇速度控制系统的速度调节与跟踪控制等．本文的研究结果和贡献主要有以下五个方面，一、针对一类带有积分输入状态稳定(iISS)逆动态子系统及不确定控制系数的非线性级联系统，考察了其全局渐近调节控制问题．利用反步递推算法给出了一状态反馈控制设

4、计方案．所设计的控制律能够使得闭环系统信号有界，并且系统状态全局渐近调节到零．此外，给出了一iISS条件下，所设计的控制器能够变为一线性控制律的充分条件．仿真结果验证了其有效性．二、考察了一类具有积分输入状态稳定(iISS)逆动态子系统及控制方向未知的非线性级联系统的输出反馈调节控制问题，系统的不确定性不仅依赖于系统输出而且依赖于所有不可测状态．通过设计一动态观测器，其增益为一黎卡提矩阵微分方程的解，论文给出了一系统化的输出反馈调节控制方案．该控制方案可以应用于风扇速度控制系统的速度设定点跟踪控制问题．仿真结果验证了控制算法的有效性．三、针对一类具有积分输入状态稳定(iISS)逆

5、动态子系统的非线性级联系统，在存在参数及非线性不确定性的情况下，研究了该类系统的全局设定点跟踪控制问题．所设计的状态反馈控制器能够实现闭环系统信号有界，并且对于任意初始条件，系统输出能够渐近跟踪任意常数信号．论文给出了所设计的控制器能够变为一线性控制律或一典型的比例积分(PI)控制律的一个充分条件．仿真结果验证了算法的有效性．四、针对一类具有输入状态稳定(ISS)逆动态子系统及控制系数未知的非线性级联系统，研究了其全局设定点跟踪控制问题．所研究的系统具有更广泛的不确定非线性．通过利用反步递推方法，论文给出了一状态反馈控制设计方案，所设计的控制器能够使得闭环系统信号有界，并且使得系

6、统输出能够实现对任意常数参考信号的全局渐近跟踪控制．通过利用一关于多个Nussbaum函数的引理，所设计的控制方案避免了过度参数化现象．所提出的控制方案可以应用于连续搅拌化学反应釜(CSTR)的温度控制中．通过构造一坐标变换，反应釜系统可以转化为文中所研究的一类ISS子系统未知的不确定级联非线性系统．应用文中算法所设计的温度调节器可以在反应物与产物浓度未知的情况下，仅利用温度信息，实现反应釜温度对于任意理想值的全局渐近调节控制．仿真结果验证了控制算法的有效性．五、针对一类具有输入状态稳定(ISS)逆动态子系统的非线性级联系统，考虑了其输出反馈全局渐近跟踪控制问题．系统不确定性依赖

7、于系统输出与不可测状态．通过引入一内模，所考察的渐近输出跟踪问题可以转化为一增广系统的调节问题．基于该增广系统，论文设计了一动态输出反馈调节控制器．所设计的控制器能够在任意初始条件下，使得闭环系统信号有界，且实现系统输出对一类时变参考信号的渐近跟踪控制．论文提出的控制方案可以应用于风扇速度控制系统中．通过构造恰当的坐标变换，风扇速度控制系统可以转化为文中所研究的一类ISS子系统未知的不确定级联非线性系统．所设计的风扇速度控制器能够使得风扇速度在任意初始条件下实现对于一类时变信号的