基于复合非线性反馈的非线性伺服控制问题研究

非线性伺服控制问题是非线性控制理论研究领域的一个热点问题，但当前的研究主要关注非线性伺服控制问题的可解性条件，即稳态系统的存在性条件，而对闭环系统的瞬态性能缺乏深入的研究。本项目将复合非线性反馈控制技术引入到非线性伺服控制问题的研究中以提高非线性伺服系统的瞬态响应性能。研究内容主要包括，一、研究基于复合非线性反馈的具有输入饱和限制的线性系统的非线性伺服控制问题，建立稳态系统的存在性条件，并设计复合非线性反馈伺服控制系统，提高闭环系统的瞬态性能。二、以更一般的非线性系统为研究对象，研究基于复合非线性反馈技术的非线性伺服控制问题。通过本项目的研究，探讨和研究非线性伺服控制问题中提高闭环系统瞬态响应性能的新方法，并建立能够构造高性能非线性伺服控制系统的有效设计方法。

对非线性伺服控制问题的研究主要关注伺服控制问题的可解性条件，即稳态性能，而对伺服系统的瞬态性能没有深入的研究。复合非线性反馈控制技术是一种旨在提高伺服系统瞬态性能的非线性控制技术。在跟踪控制问题中它能够实现快速跟踪设定目标同时实现小超调甚至没有超调的瞬态性能指标。本项目主要研究复合非线性反馈控制技术在非线性伺服控制问题研究中的应用。我们将复合非线性反馈控制技术引入到非线性伺服控制问题的研究中，在保证伺服系统稳态性能的同时希望能够提高伺服系统的瞬态性能。为此我们考虑两个核心问题，即基于复合非线性反馈控制技术的非线性伺服控制问题的可解性条件和复合非线性反馈控制器的构造方法。围绕这两个核心问题，我们着重对三个非线性伺服控制问题进行了研究，包括具有输入饱和约束线性系统的局部输出调节问题、具有输入饱和约束线性系统的半全局输出调节问题，以及具有输入饱和约束线性奇异系统的跟踪控制问题。建立了相应的基于复合非线性反馈控制技术的非线性伺服控制问题的可解性条件，并构造性地设计了状态反馈、输出反馈复合非线性反馈控制器。在理论研究之外，本项目还对复合非线性反馈控制技术在实际伺服系统设计中的应用开展了研究，分别研究了吊车伺服控制系统的复合非线性反馈控制系统设计问题和永磁同步电机伺服系统的复合非线性反馈控制问题。针对吊车伺服系统的欠驱动特性，着重讨论了复合非线性反馈控制器中非线性函数的设计问题。仿真实验表明采用复合非线性反馈控制技术设计的伺服系统能够进一步提高吊车伺服控制系统的瞬态性能。针对永磁同步电机伺服系统存在的参数变化、外部负载扰动、和未建模动态等问题，我们将复合非线性反馈控制技术和在线模型自适应控制技术相结合提出了一种鲁棒复合非线性反馈控制技术。仿真和实验表明，采用鲁棒复合非线性反馈控制技术设计的永磁同步电机伺服系统能够无静差、无超调地快速跟踪参考输入，并对参数、负载具有良好的鲁棒性。通过理论和应用两方面对基于复合非线性反馈控制的非线性伺服控制问题进行研究，本项目为高性能伺服系统的设计提供了新的思路。