一类不确定积分级联系统的抗饱和控制

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1、硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文一类不确定积分级联系统的抗饱和控制ANTI-SATURATIONCONTROLFORACLASSOFINTEGRALSYSTEMWITHUNCERTAINPARAMETERS贺贺贺灵灵灵哈哈哈尔尔尔滨滨滨工工工业业业大大大学学学2015年年年06月月月国内图书分类号：TM301.2学校代码：10213国际图书分类号：62-5密级：公开工工工程程程硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文一类不确定积分级联系统的抗饱和控制硕士研究生：贺灵导师：张立宪申请学位：工程硕士学科：控制

2、工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM301.2U.D.C:62-5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANTI-SATURATIONCONTROLFORACLASSOFINTEGRALSYSTEMWITHUNCERTAINPARAMETERSCandidate:LingHeSupervisor:Prof.LixianZhangAcademicDegreeAppliedfor:Mas

3、terofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticsDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要约束在实际控制系统中是随处可见的，根据系统的性能要求或者实际物理限制，常见的约束主要表现为：系统的各个状态量需要满足有界性、执行器输出存在饱和或者运动空间存在限制等。如

4、果系统在运行过程中违背了约束条件，将无法满足系统性能要求，甚至是造成系统的不稳定，严重的情况下还会破坏系统设备，造成不必要的损失。另外，大多数物理系统中还经常存在由于外界干扰或者模型建立的不精确引起的不确定性，因此，在系统多个性能约束和不确定性同时存在的情况下，如何保证整个系统的稳定，设计出合适的约束系统控制器是当下研究的热点，也是一个难点问题。根据上述问题的存在，本文选取了一类不确定积分级联系统，进行多目标控制问题的研究。该类系统的动态表达形式为积分结构，并且该非线性系统中存在参数的不确定性、外界干扰以

5、及执行器输入的饱和问题。根据系统的非线性特性，引入了backstepping控制，backstepping方法是用于处理非线性问题的有效工具，设计过程具有特定的、系统的步骤，通过在每步中选取合理的Lyapunov函数，设计出最终控制器的输入形式，快速地镇定系统；为了解决系统中含有不确定性和参数未知的问题，在控制器的设计中引入了自适应控制，在线估计未知参数，结合bacstepping方法，在推导过程中得出未知参数的表达形式；同时由于控制输入饱和问题的存在，在控制器的设计中引入了饱和函数，根据执行器最大输出值

6、以及最终控制目标，设定系统各个参数间的关系，保证系统的各个性能要求的同时，达到系统稳定的最终目标，实现多目标控制。对于上述不确定积分级联系统，在提出了多目标自适应backstepping控制策略之后，接下来将该方法在实际应用系统中进行验证。本文选取的应用系统为四分之一汽车主动悬架系统。通过对四分之一主动悬架建模得到其动态方程，该悬架系统动态方程是一个集参数不确定性问题、外部干扰、执行器饱和以及性能约束于一体的多目标控制系统。通过本文提出的自适应鲁棒抗饱和控制来对主动悬架系统进行控制，使得系统即使有不确定参

7、数以及执行器饱和问题的存在的同时，也能保证车身垂直位移的镇定；并且通过调节控制器参数可以保证悬架系统各个状态信号收敛到一个充分小的紧集内；有限时间后如果非线性不确定性和未知外界扰动消失，则系统将是渐进输出稳定的，因此保证了汽车驾驶的安全性和舒适性。除此之外，通过选取特殊的多项式作为系统期望轨-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文迹，该自适应鲁棒抗饱和控制算法还可以设定闭环系统的稳定时间。最后，对汽车悬架系统的应用研究结果进行了仿真验证，给出了理论仿真结果和实验台半实物仿真结果，并对结果进行了比较分析，确定其

8、相对于被动悬架系统和标准自适应鲁棒控制的主动悬架系统的优越性，进一步验证本文提出的自适应鲁棒抗饱和控制方法在不确定积分级联系统控制器设计上的有效性，证实了该方法在实际应用系统中的重要性和意义。关键词：积分级联系统；主动悬架系统；自适应控制；抗饱和控制；backstepping控制-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractConstraintsareubiquitousintheactualcontrolsystem