论文部分内容阅读
由于物理条件的限制和安全因素等原因,需要满足硬约束条件的状态受限控制系统大量存在于各类实际工程当中.如何在保证满足状态约束的前提下,尽量提高系统的动态性能及鲁棒性等问题,无论在理论还是在应用上都有着十分重要的意义.近年来,在状态受限系统控制理论领域涌现出了许多新的方法,但是仍有很多亟待解决的重大问题.本论文将讨论几类典型的状态受限系统的控制方法及其应用问题,主要研究结果和贡献如下：
一、针对含输出约束的高阶Hessenberg型非线性系统,设计了新型连续状态反馈控制器.首先,本文引入了非光滑控制中的加幂积分控制设计方法.接着,设计了一种新的分段式障碍Lyapunov函数.该障碍Lyapunov函数只有在输出变量接近约束边界时才被激活并刺激控制量进行调整,其余情况下它的值为零,闭环系统将维持标称控制设计,从而尽可能地保持了标称控制器下的系统性能.最后,通过结合加幂积分和新的分段式障碍Lyapunov函数,提出了一种改进的加幂积分控制设计方法,解决了含输出约束的高阶Hessenberg型非线性系统渐近镇定问题.
二、针对含电流约束的直流降压变换器输出电压跟踪控制问题,设计了一种新的电流约束控制器.考虑直流降压变换器控制系统平均模型,通过直接在控制器中设计与电感电流相关的非线性惩罚函数作为控制增益,本文提出了一种简单新颖的电流约束控制器.在该控制器作用下,输出电压能渐近跟踪上参考信号.同时,系统始终满足电流约束.
三、针对同时含电流约束和匹配扰动的直流降压变换器输出电压跟踪控制问题,设计了一种新的复合控制方案.一方面,沿用直接设计惩罚机制的思想,通过在控制器中设计电流惩罚函数来限制峰值电流;另外一方面,构造一类高增益扰动观测器来迅速估计匹配扰动的值,并通过前馈补偿来抵消其影响.最后,结合直接设计惩罚机制的思想和高增益扰动观测器,提出了一种新的复合控制设计方案.在新的复合控制器作用下,闭环误差系统最终有界,收敛的界与扰动的上界相关.同时,电流约束仍然一直是满足的.
四、针对含电流约束和不匹配扰动的永磁同步电机调速控制问题,设计了一种新的电流约束控制方案.考虑永磁同步电机控制系统d-q模型,其q轴电流需小于一个预设的约束值,同时其负载不确定性被当作系统内的不匹配扰动.利用直接在控制器中设计与q轴电流相关的非线性惩罚函数作为控制增益这种思想,本文设计了一种新的电流约束控制器，使电机转速能渐近跟踪上参考信号.在此控制器作用下,本文还定性和定量地分析了负载不确定性对电流约束的影响,并给出了电流约束满足的一个充分条件.
五、针对含电流约束的直流升压变换器输出电压跟踪控制问题,提出一种新的电流约束控制器.考虑直流升压变换器控制系统平均模型,在基于无源性方法设计的控制器基础之上,通过在其中添加电流惩罚函数作为控制增益,设计了一种新的电流约束控制器.较之以不变集理论为基础的控制设计方案,在新的电流约束控制器下,闭环系统初始值的可行集范围明显扩大.而且,较之其它相关控制方法,电流约束控制器下闭环系统对参数不确定性的鲁棒性更强.
一、针对含输出约束的高阶Hessenberg型非线性系统,设计了新型连续状态反馈控制器.首先,本文引入了非光滑控制中的加幂积分控制设计方法.接着,设计了一种新的分段式障碍Lyapunov函数.该障碍Lyapunov函数只有在输出变量接近约束边界时才被激活并刺激控制量进行调整,其余情况下它的值为零,闭环系统将维持标称控制设计,从而尽可能地保持了标称控制器下的系统性能.最后,通过结合加幂积分和新的分段式障碍Lyapunov函数,提出了一种改进的加幂积分控制设计方法,解决了含输出约束的高阶Hessenberg型非线性系统渐近镇定问题.
二、针对含电流约束的直流降压变换器输出电压跟踪控制问题,设计了一种新的电流约束控制器.考虑直流降压变换器控制系统平均模型,通过直接在控制器中设计与电感电流相关的非线性惩罚函数作为控制增益,本文提出了一种简单新颖的电流约束控制器.在该控制器作用下,输出电压能渐近跟踪上参考信号.同时,系统始终满足电流约束.
三、针对同时含电流约束和匹配扰动的直流降压变换器输出电压跟踪控制问题,设计了一种新的复合控制方案.一方面,沿用直接设计惩罚机制的思想,通过在控制器中设计电流惩罚函数来限制峰值电流;另外一方面,构造一类高增益扰动观测器来迅速估计匹配扰动的值,并通过前馈补偿来抵消其影响.最后,结合直接设计惩罚机制的思想和高增益扰动观测器,提出了一种新的复合控制设计方案.在新的复合控制器作用下,闭环误差系统最终有界,收敛的界与扰动的上界相关.同时,电流约束仍然一直是满足的.
四、针对含电流约束和不匹配扰动的永磁同步电机调速控制问题,设计了一种新的电流约束控制方案.考虑永磁同步电机控制系统d-q模型,其q轴电流需小于一个预设的约束值,同时其负载不确定性被当作系统内的不匹配扰动.利用直接在控制器中设计与q轴电流相关的非线性惩罚函数作为控制增益这种思想,本文设计了一种新的电流约束控制器，使电机转速能渐近跟踪上参考信号.在此控制器作用下,本文还定性和定量地分析了负载不确定性对电流约束的影响,并给出了电流约束满足的一个充分条件.
五、针对含电流约束的直流升压变换器输出电压跟踪控制问题,提出一种新的电流约束控制器.考虑直流升压变换器控制系统平均模型,在基于无源性方法设计的控制器基础之上,通过在其中添加电流惩罚函数作为控制增益,设计了一种新的电流约束控制器.较之以不变集理论为基础的控制设计方案,在新的电流约束控制器下,闭环系统初始值的可行集范围明显扩大.而且,较之其它相关控制方法,电流约束控制器下闭环系统对参数不确定性的鲁棒性更强.