基于双事件触发的非线性系统抗干扰跟踪控制算法研究

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中文摘要：在实际控制系统中，外部干扰以及内部噪声不可避免的存在，将严重影响系统的动态性能。因此，如何设计有效的抗干扰算法一直都是自动控制领域研究的热点。其中，基于干扰观测器的控制(DOBC)方法是一种典型的主动抗干扰方法，由于其具有结构简单、跟踪快速且易于实现的特点，已经成功应用到电力电子、航空航天以及机器人等实际系统中。然而，DOBC方法将在控制器设计中引入干扰估计信息，会产生大量的冗余数据并降低数据传输效率。另一方面，事件触发机制是一种通过预设触发条件，按需执行数据传输的有效方法。由于其能够减少数据冗余且保证系统性能，其受到控制理论领域的关注。目前，大多数研究都是针对单一变量的触发条件设计。随着系统的复杂程度逐步增加，单变量触发势必不能满足多源信息控制的需求。基于此，论文针对带有未知干扰的非线性控制系统，结合DOBC和滑模变结构方法，提出基于系统状态以及干扰估计的双事件触发机制。在此基础上，设计双触发复合抗干扰控制输入，实现闭环系统的多目标控制要求。论文主要内容如下: (1)研究基于双事件触发的非线性系统抗干扰跟踪控制。针对一类带有未知干扰和非线性项的动态系统，将系统状态和输出误差的积分进行增广，设计干扰观测器，达到对扰动的动态估计的目标。分别基于增广状态和干扰估值预设不同的触发条件，提出“先到同触发”的双事件触发机制，解决控制器中多源信息传输的数据冗余问题。进一步，在双触发条件下设计复合抗干扰控制器，结合单边Lipschtiz条件、凸优化算法及Barbalat引理，验证增广控制系统具有满意的稳定性、动态跟踪以及最小触发时间的下界大于零，即避免了Zeno现象。最后，仿真结果表明所提控制策略的可行性。 (2)研究基于双事件触发和滑模变结构的非匹配干扰系统抗干扰跟踪控制。基于增广模型构建干扰观测器，实现对未知不匹配干扰的动态估计。在“先到同触发”的双触发机制下，设计积分滑模面和复合抗干扰控制器，使得被控系统的状态能够平稳的到达滑模面，同时有效减少发送至控制器中的数据量。结合凸优化算法，求解使得闭环系统稳定的控制增益和干扰估计增益，证明增广系统具有良好动态跟踪性能。进一步，验证Zeno现象不会出现在增广控制系统中。最后，基于A4D模型进行仿真验证，表明所提算法具有良好的抗干扰性能。 (3)研究基于网络传输的非线性系统双触发抗干扰控制。针对一类带有网络传输和未知干扰的非线性系统，设计离散事件触发机制，控制网络传输中数据包的发送量。同时，结合外源干扰模型，构建有效的干扰观测器，实现未知干扰的动态跟踪，进而对干扰估值设计连续事件触发条件。基于干扰估计触发以及离散状态触发周期，设计复合抗干扰控制器。结合单边Lipschtiz条件以及凸优化算法，证明了闭环系统具有良好的稳定性以及相邻两次触发的最小间隔大于零。最后，仿真结果验证设计算法具有良好的抗干扰性能和资源节约率。

作者：

周鹏

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关键词：

非线性系统抗干扰跟踪控制双事件触发干扰观测器滑模变结构

授予学位：

硕士

学科专业：

控制科学与工程

导师：

裔扬

学位年度：

2023

学位授予单位：

扬州大学

语种：

中文

中图分类号：