不确定非线性级联系统的全局鲁棒跟踪控制研究

This project studies the global robust tracking control problem for the uncertain nonlinear cascaded systems with unmeasurable ISS(iISS) subsystems. The unmeasurable cascaded subsystems are imposed on the input-to-state stable(ISS) or integral ISS(iISS) conditions, which can be nonlinear systems with uncertainties. The system states of the investigated nonlinear control systems are not available for the feedback design, and using only the measurable output, we will focus on the robust output tracking control problem via output feedback for several classes of uncertain nonlinear cascaded systems with ISS(iISS) cascaded subsystems. When the nonlinear uncertainties depend on the system output and the states in the cascaded subsystems, we will study the global set-point tracking control problem；when the nonlinear uncertainties depend on all the unmeasurable states, we will study the global output tracking control for time-varying references using internal model principle；when the considered systems possess the nonvanishing disturbances, the roubst lambda-tracking control problem will be discussed by inserting the dead-zone function in the control gain. In this project we will also analyse and solve the modelling as well as the control problems for some practical systems using the proposed control scheme, such as the temperature regulation control of the continuously stirred tank reactor(CSTR),the fan speed tracking control of the fan speed control system. It is therefore of great significance for practical application in engineering.

本课题研究具有不可测子系统的不确定非线性级联系统全局鲁棒跟踪控制问题.不可测级联子系统满足输入状态稳定性(input-to-state stable,ISS)或积分输入状态稳定性(integral ISS,iISS)条件,可以是不确定的非线性系统.在仅有系统输出信息可测得的情况下,利用输出反馈研究不确定非线性级联系统的鲁棒输出跟踪控制问题.对几类带有ISS(iISS)子系统的非线性级联系统,在不确定非线性依赖于输出与级联子系统状态时,研究设定点跟踪控制问题；在不确定性依赖于所有不可测状态时,拟利用内模原理方法研究渐近时变跟踪控制问题；在系统具有非零扰动时,通过引入死区函数研究鲁棒lambda-跟踪控制问题.本课题将探讨所提控制方案应用于若干实际控制系统,例如连续搅拌化学反应釜系统的温度调节控制,风机控制系统的速度跟踪控制等,具有较强的应用背景.

非线性不确定系统的鲁棒调节与跟踪控制是鲁棒控制理论的重要内容。本项目研究具有不可测子系统动态不确定性的非线性级联系统全局鲁棒跟踪控制问题.不可测级联子系统满足输入状态稳定性(input-to-state stable,ISS)或积分输入状态稳定性(integral ISS,iISS)条件。对几类带有ISS(iISS)子系统的不确定非线性级联系统, 研究了设定点跟踪控制问题、渐近跟踪控制问题、鲁棒lambda-跟踪控制问题。本项目提出的控制方案可以应用于受控单摆控制系统、质量弹簧系统、风机控制系统等实际系统, 具有重要的理论意义与实际应用价值。主要内容包括：.(1) 研究了一类带有iISS动态不确定性的非线性级联系统的全局设定点跟踪控制问题。通过设计降阶观测器，提出了一输出反馈控制方案。设计的动态控制器保证了闭环系统信号有界且输出对任意设定点信号的渐近跟踪控制。提出的控制方案可以应用于单摆控制系统的摆角控制。.(2)利用输出反馈研究了一类带有ISS动态不确定性的非线性级联系统的全局输出调节控制问题。系统不确定性不仅依赖于可测输出，而且依赖于系统所有不可测状态。设计的动态控制器能够实现系统输出对于一类外系统生成信号的渐近跟踪控制。提出的控制方案可以应用于风机速度控制系统对于一类时变参考信号的渐近跟踪控制。.(3)利用输出反馈研究了一类带有ISS动态不确定性及非消失性扰动的不确定非线性级联系统的鲁棒跟踪控制。所研究的系统具有未知的高频增益。结合利用拟符号函数、Nussbaum增益及死区技术，本研究提出了一种鲁棒跟踪控制方案。提出的控制方案可以实现系统输出对于任意连续可微、有界的参考信号的任意精度的跟踪控制。.(4)研究了一类带有ISS/iISS动态不确定性的控制方向未知的不确定级联非线性系统的全局渐近调节控制问题。所研究的系统具有参数不确定性，不确定非线性及不确定的供能函数率。通过改变供能函数率的方法，设计了一输出反馈鲁棒控制器。提出的控制方案可以应用于参数未知情况下的单摆控制系统的摆角控制。进一步推广了现有结果。