具有未建模动态不确定性的非线性切换系统自适应控制

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切换系统被广泛地应用于刻画带有开关作用的动态过程。在对被控对象建模过程中,系统复杂性、模型不精确性、测量误差等因素均会导致未建模动态不确定性的存在。如果在控制设计或闭环稳定性分析的过程中忽略了这一类动态不确定性的影响,将会造成控制算法性能降低、闭环系统不稳定等后果。需要注意的是,现有的未建模动态不确定性处理方法都是针对非切换系统,而对于切换系统的研究还比较少。
  针对上述问题,本文以反推法为控制设计的技术框架,并结合Lyapunov方法、平均驻留时间切换和非线性小增益理论作为闭环稳定性分析的基础,研究了几类具有未建模动态不确定性的非线性切换系统自适应控制问题。本文的主要工作包含以下几个方面:
  1.研究了一类具有未建模动态不确定性和输出磁滞的非线性切换系统自适应控制问题。当输出通道受到磁滞约束的影响,将会导致系统的输入输出增益难以确定,并造成难以应用小增益理论进行闭环稳定性分析。针对这个问题,本文在控制设计中引入一个用于确定未建模动态不确定性上界的动态信号,避免了小增益方法需要确定输入输出增益的难题。紧接着,通过在反推设计中引入Nussbaum增益技术,能够有效地克服由输出磁滞所引起的未知高频增益问题。
  2.研究了一类具有不稳定未建模动态不确定性的非线性切换系统自适应控制问题。针对这个问题,本文首先利用反推法设计一个输出反馈自适应控制器,并给出对应的时间依赖切换率。该控制算法只需要在线更新两个自适应参数,从而大大降低算法实现的计算复杂度。最后,通过非线性小增益定理证明了闭环系统的输出能够收敛到零的一个邻域,并且所有闭环系统内的信号有界。
  3.在第二点的基础上,本文进一步考虑了动态不确定性不含稳定模态的情况。在该模型中,被控对象受到的动态扰动具有严格反馈结构。这意味着不能够应用传统的反推法进行自适应控制器设计。为了解决该问题,本文利用径向基函数神经网络的特殊性质对状态变量进行分离。因为动态不确定性不含有稳定模态,所以本文对切换率同时施加了快、慢两种平均驻留时间约束。最后,通过非线性小增益定理证明了所提出方法的有效性。
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