基于干扰观测器的鲁棒控制系统设计方法研究

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1、摘要摘要在实际工程中，不可避免地存在外部干扰、模型不确定性及时滞等．它们不但可以破坏系统的控制性能，甚至还会导致系统的不稳定．另一方面，现有的大部分控制理论均建立在被控对象的精确数学模型基础上，这对多数实际系统来说很难做到．冈此，对具有外部干扰及模型不确定性等的非线性系统的干扰抑制与抵消成为控制理论与应朋的一个研究热点．本文对具有外部_T．扰及模型不确定性的非线性系统进行了一些研究。内容如下：对一类含外部干扰的非线性中立系统，研究了一种基于干扰观测器的控制方法．非线性动态分别由满足Lipschitz有界性的已知和未知非线性函数给出．外部干扰信号由一个初值未知的动态子系统来描述．对于被控对象

2、的状态不可观的情形，提出了利用系统的输出来观测干扰的全阶观N-a}法；对于状态可观的情形，提出了利用被控对象的状态来观测干扰的降阶观测器法．根据Lyapunov理论，基于凸优化给出了干扰观测器设计方法．通过集成常规控制器，外部干扰可以被抵消，从而保证了闭环系统的稳定性以及闭环控制的精度．仿真证明该方法还具有较强的对于参数的鲁棒性．对一类含外部干扰和模型不确定性的非线性系统，研究了一种基于干扰观测器的控制(DOBC)和比控制的复合控制方法．考虑被控对象和干扰子系统均含有米建模动态以及参数和结构不确定性的～般情形．对于被控对象，从非中立型非线性系统和中立型非线性系统分别进行讨论．其中着重考虑非

3、线性函数已知状态可观的降阶观测器设计．本部分将干扰分为具有模型的信号和范数有界的信号两种类型．对于外部确定的干扰信号采Jt-]DOBC方法米抵消．把未建模动态以及参数和结构的不确定性归结剑系统的干扰输入项，对这部分广义干扰信号采用H。控制方法来抑制．从而使闭环系统在无模型不确定性时渐近稳定，在有模型不确定性时满足H。控制性能指标．对飞机控制系统及数值实例的仿真均验证了所提方法的有效性．对一类含外部干扰和模型不确定性的菲线性时滞系统的DOBC与H。复合控制方法进行了研究．考虑被控对象和控制输入中均存在时变时滞的一般情形．把时滞干扰观测器理论和H。控制理论结合起来应用到非线性时滞系统中．即对系

4、统的状态空问模型设计时滞干扰观测器，运用Lyapunov函数方法来实现系统的稳定性分析且以LMI形式给出闭环系统稳定且满足H。控制指标的允分条件．对数值实例的仿真证明了该方法的有效性．最后，对具有外部干扰及模型不确定性等的非线性系统的研究进行了总结，并提出了若干有待进一一步研究的问题．关键词：二1二扰抵消，干扰抑制，干扰观测器，H。控制，中立系统，非线性系统，时滞系统，线性矩阵不等式AbstractExternaldisturbances，modeluncertaintiesaswellasdelayinevitablyexistinpracticalengineering．111eyca

5、nnotonlydestroythecontrolperformanceofsystemsandwillevenleadtosystemsinstability．Ontheotherhand，mostoftheexistingcontroltheoryarebuiltonthebasisofprecisemathematicalmodelofobject，whichisthemostdifficulttoachieveforpracticalsystems．Therefore，disturbanceattenuationandrejectionfornonlinearsystemswith

6、externaldisturbancesandmodeluncertaintiesisachallengingobjectincontroltheoryand●engineering．Inthispaper,somenonlinearsystemswithexternaldisturbancesandmodeluncertaintiesareresearched，asfollows：Foraclassofnonlinearneutralsystemswithexternaldisturbances，Disturbance—Observer-BasedControlapproachesare

7、researched．NonlineardynamicisdescribedbyknownandunknownnonlinearfunctionssatisfyingLipschitzboundedness，respectively．Externaldisturbancesignalisdescribedbyadynamicsubsystemwithunknowninitial．Forthecaseofthestates