非线性系统的有限时间控制及若干应用研究

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1、东南大学博士学位论文非线性系统的有限时间控制及若干应用研究姓名：王钊申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：费树岷;李世华20100101摘要非线性系统的控制是控制领域的一个热点和难点，非线性控制系统的研究具有重要的理论意义与实际意义。有限时间控制方法是一种非线性控制方法，近年来受到了越来越多的关注。有限时间稳定的系统不仅收敛速度快，而且具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。现有的有限时间控制结果大多只考虑了一般线性控制系统和几类标准非线性系统形式，但是许多典型的应用系统并不满足这些结构。本文在介绍有限时间控制

2、方法的研究现状和分析设计原理的基础上，重点对几类具有重要工程意义的典型非线性系统的有限时间控制问题进行了研究。主要研究工作如下：l、非完整轮式移动机器人系统的有限时间轨迹跟踪控制问题。基于非完整轮式移动机器人的动力学模型，提出了一种有限时间控制器设计方法。将跟踪误差系统看成级联系统，对两个子系统分别设计有限时间稳定的控制器。通过应用级联系统有限时间稳定的结果，证明整个闭环系统是全局有限时间稳定的。通过有限时间Lyapunov函数方法和addingapowerintegrator技术，对三积分系统设计有限时间控制器并

3、对控制器增益选择的条件进行讨论。2、生物反应器系统的有限时间跟踪控制问题。基于非奇异终端滑模控制技术，给出状态反馈有限时间控制器的设计方法。在系统状态变量不可测时，设计有限时间稳定的观测器在有限时间内估计不可测的状态。基于有限时间稳定的观测器设计输出反馈有限时间控制器，解决有限时间跟踪控制问题。闭环系统满足级联系统有限时间稳定的条件表明，有限时间稳定的观测器和有限时间稳定的控制器可以分开设计。3、BTT导弹系统的有限时间姿态跟踪控制和有限时间导引律设计问题。系统无扰动时，基于齐次系统有限时间稳定的结果设计有限时间控

4、制器；系统有扰动时，基于非奇异终端滑模控制技术设计有限时间控制器。对于机动目标拦截问题，基于非奇异终端滑模控制技术，给出了有限时间导引律的设计方法。将目标加速度机动作为未知的有界扰动，所提出的导引律对该扰动具有鲁棒性。4、刚体飞行器系统的有限时间姿态跟踪控制问题。针对四元数描述的空间飞行器姿态控制系统，基于非奇异终端滑模控制技术设计有限时间控制器。所提东南大学博士学位论文出的控制器解决了现有文献中控制器奇异的问题。仿真结果表明了该算法的有效性。关键词非线性系统，有限时间控制，稳定性，跟踪控制，有限时间观测器，级联系

5、统AbstractControlofnonlinearsystemshasbeenahottopicanddifficultissueincontrolarea．Theresearchonnonlinearcontrolsystemsshowshighsignificancebotllintheoryandapplication．Finite—timecontrolisoneofnonlinearcontrolmethodsandreceivesmoreandmoreattentioninrecentyears．F

6、inite—timestablesystemsenjoynotonlyfasterconvergencebutalsobetterrobustnessanddisturbancerejectionproperties．Mostofthepresentfinite—timecontrolresultsonlyconsidergenerallinearcontrolsystemorsomenormalnonlinearsystemforms，butmanytypicalapplicationsystemsdonotsa

7、tisfytheses由ructures．Thethesisgivesasummaryintroductiontoresearchstatusandanalysisdesignprinciplesoffinite-timecontrolmethod．111emainthemeofthethesisfocusonfinite—timecontrolproblemsofsomerepresentativenonlinearsystems、析n1importantengineeringsignificance．Thema

8、inresearchworksobtainedbytheauthorare】jstedasfollows：1．Thefinite—timetrajectorytrackingcontrolproblemfornonholonomicwheeledmobilerobotsystem．Basedonadynamicmodelofnonholonomicwheel