一类非线性系统反馈线性化设计方法研究

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1、Y≤25553摘要本文以典型的多变量非线性系统--MODEL750陀螺仪系统为研究对象，根据其运动机理建立了系统的数学模型，系统地研究了非线性系统的反馈线性化设计问题，主要包括以下内容：(1)对微分儿何理论中的状态反馈精确线性化方法及输入输出解耦线性化方法进行了系统的分析比较，将输入输出解耦线性化方法的研究结果推广到一般非线性时变系统，并提出了～般非线性时变系统的相对阶集合概念，阐述了基于函数可控性的逆系统方法与输入输出解耦线性化方法的一致性。(2)在研究总结了反馈线性化设计方法的基础上，针对MODEL750系统模型进行了分析。采用输入输出

2、解耦线性化方法完成了该多变量非线性系统的反馈线性化设计，在此基础上引入智能P[D控制来改善整个控制系统的动态性能并增强了鲁棒性，就跟踪问题对所研究的控制方法进行了仿真研究。(3)在仿真研究的基础上，将基于输入输出解耦线性化的智能PID控制成功地应用于MODEL750实际系统。(仿真研究和实际应用的结果较为一致，均表明了所研究的控制方法的有效性和可行性。丫—、a一关键词：多变量，非线性系统，谤蝴，输入输出解耦，线性化，相对阶，逆系统方法，智能PIDABSTRACTThisdissertationsystematicallystudiedthe

3、problemoffeedbacklinearizationdesignfornonlinearsystem．Atypicalmulti-variablenonlinearsystem—MODEL750gyroscopesystemisregardedasacontrolledplant，anditsmathematicalmodeliSobtainedaccordingitsmotion．ThemainresultsareasfcIllows：(1)Statefeedbacklinearizationandinput—outputdeco

4、uplinglinearizationofdifferentialgeometryareanalyzedandcomparedsystematically．Relative—degreesetofgeneralnonlineartime-varyingsystemisdefinedandinput—outputdecouplinglinearizationisextendedtogeneralnonlineartime—varyingsystem．Theconsistencyofinversesystemmethodbasedonfunct

5、ioncontrollabilityandinput-outputdecouplinglinearizationisobtained．(2)ThemathematicalmodelofMODEL750systemisanalyzed，andfeedbacklinearizationdesignofthemulti—variablenonlinearsystemisrealizedbyinput-outputdecouplinglinearizationmethod．Furthermore，theintelligentPIDisintrodu

6、cedtoimprovecontrolperformanceandrobustness．Somesimulmionexamplesabouttrackingproblemaregiven．(3)TheintelligentPIDbasedoninput—outputdecouplinglinearizationisusedsuccessfullyforpracticalMODEL750system．Theconsistentresultsofsimulationandpracticalapplicationdemonstratetheeff

7、ectivenessoftheproposedmethod．Keywords：multi‘variable，nonlinearsystem，feedback，input-outputdecoupling，linearization，relative-degree，inversesystemmethod，intelligentPID些!：堡兰二耋韭垡丝墨竺巫堕竺堡!!坠生查堡型墨—————————————一第一章绪论1．1引言本文所研究的被控对象为MODEL750陀螺仪系统，是一个典型的多变量非线性系统，可以完成多种控制实验。系统的主体机械设

8、备为一个四自由度的刚体转子陀螺仪，具有一些陀螺仪的独特性质，其运动方式比较复杂，在众多的非线性系统中很具代表性。“陀螺仪”是感测旋转的一种装置，这一术语的英文为“gyroscop