非光滑控制理論及其在飛行器系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、非光滑控制器不僅可以提高閉環(huán)系統(tǒng)的收斂速度和抗干擾性能，而且具有更廣泛的應用范圍.近年來非光滑控制系統(tǒng)的分析和設計問題受到越來越多的關注，但是仍有許多亟待解決的問題.本論文主要在非線性系統(tǒng)的通用有限時間觀測器的設計、上三角非線性大系統(tǒng)的全局分散鎮(zhèn)定、下三角非線性隨機系統(tǒng)的有限時間輸出反饋鎮(zhèn)定、小行星探測器有限時間軟著陸控制、六自由度空間飛行器編隊飛行系統(tǒng)的有限時間控制以及空間飛行器的有限時間姿態(tài)跟蹤控制方面進行了研究.主要研究結果和貢獻

2、如下:
　　一、針對一類可能受干擾和未知參數(shù)影響的不確定非線性系統(tǒng)，給出了一種通用有限時間觀測器的設計方法.首先，根據(jù)干擾所滿足的假設條件對原系統(tǒng)進行狀態(tài)擴張.其次，通過適當?shù)淖鴺俗儞Q、齊次系統(tǒng)理論和非光滑控制分析方法來設計通用有限時間觀測器，使得原系統(tǒng)中的未測量狀態(tài)、未知參數(shù)、所受干擾及其各階導數(shù)都能夠在有限時間內估計出來.最后，利用通用有限時間觀測器對一類水輪機系統(tǒng)中的未測量狀態(tài)、未知參數(shù)、干擾進行估計值，并基于通用有限時間觀

3、測器和非光滑控制設計方法解決了水輪機系統(tǒng)的有限時間輸出反饋調節(jié)問題.
　　二、針對一類帶有非Lipschitz連續(xù)非線性項的不確定上三角非線性大系統(tǒng)，給出了全局分散控制器的設計方法.首先，利用增加冪積分方法為系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的標稱系統(tǒng)設計非光滑控制器，使得各個標稱子系統(tǒng)在非光滑控制器的作用下是全局漸近穩(wěn)定的，并證明了在所給出的非光滑分散控制器作用下整個閉環(huán)系統(tǒng)是局部漸近穩(wěn)定的.其次，基于嵌套飽和技術將得到的分散控制器飽和化.最后，

4、證明在飽和分散控制器的作用下，按照從下到上的方式，通過調整飽和度，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)是全局漸近穩(wěn)定的.
　　三、針對一類p-規(guī)范型下三角非線性隨機系統(tǒng)，給出了全局有限時間輸出反饋控制方法.首先，基于增加冪積分方法和齊次系統(tǒng)理論以遞歸的方式為非線性隨機系統(tǒng)的標稱系統(tǒng)設計了一個降階的齊次狀態(tài)觀測器和控制器.其次，利用齊次占優(yōu)方法來處理系統(tǒng)中的漂移項和擴散項，證明了所給出的輸出反饋控制器可以確保閉環(huán)系統(tǒng)是全局有限時間依概率穩(wěn)定的.數(shù)值仿真

5、算例表明了所給控制方法的有效性和合理性.
　　四、針對一類以小行星為中心用二維動態(tài)方程描述的探測器著陸系統(tǒng)，提出了基于視線角的有限時間軟著陸控制方法.首先，根據(jù)系統(tǒng)多變量、非線性和強耦合的特點，將著陸小行星的動態(tài)誤差系統(tǒng)分成兩個子系統(tǒng):位置誤差子系統(tǒng)和視線角誤差子系統(tǒng).其次、利用齊次系統(tǒng)理論為視線角誤差子系統(tǒng)設計控制器，使得視線角誤差子系統(tǒng)在有限時間內收斂.最后，利用齊次系統(tǒng)理論為退化的位置誤差子系統(tǒng)設計有限時間控制器，嚴格的理論

6、分析表明所給的設計方法能夠確保整個動態(tài)誤差系統(tǒng)是有限時間穩(wěn)定的.
　　五、針對一類六自由度空間飛行器編隊飛行系統(tǒng)，提出了三種有限時間控制器的設計方法.首先，基于非奇異終端滑模控制方法，給出了一種局部有限時間控制器的設計方法.其次，利用通用有限時間觀測器來估計系統(tǒng)中的擾動，基于非奇異終端滑?？刂破骱屠猛ㄓ糜邢迺r間觀測器技術得到的前饋補償項給出了一種復合的有限時間控制器的設計方法，該方法的優(yōu)點是可以有效地削減系統(tǒng)的抖動.最后，基于切

7、換控制方法、連續(xù)非奇異終端滑?？刂品椒ê屯ㄓ糜邢迺r間觀測器技術，給出了一種全局有限時間控制器的設計方法.
　　六、針對一類空間飛行器姿態(tài)系統(tǒng).提出了基于連續(xù)有限時間擾動觀測器的有限時間姿態(tài)跟蹤控制器的設計方法.首先，針對一類受高階非線性干擾的系統(tǒng)，基于齊次系統(tǒng)系統(tǒng)理論和飽和技術理論給出了一種連續(xù)有限時間擾動觀測器的設計方法，理論分析表明在該連續(xù)有限時間擾動觀測器下干擾及其各階導數(shù)都可以在有限時間內估計出來.此外，基于給出的連續(xù)有限