受扰/不确定非线性系统的面向性能自适应学习控制方法研究及其在高铁控制中的应用

The adaptive learning control for disturbed/parametric uncertain systems attracts researchers' attention due to its of importance value both in academic and engineering. To the disturbed and/or parametric uncertain systems with constant and/or periodic disturbance in linear form or nonlinear form, there is no unified systematic design method for the adaptive learning control.To realize the system adaptive learning control and output feedback adaptive learning control, this project adopts module design scheme including base-line controller design using nonlinear contraction method for globally asymptotic stabilization and immersion and invariance manifold design which aims at providing a dynamic shaping adaptive internal model and learning law method for general disturbed or parametric uncertain systems essentially to compensate or attenuate various disturbances and parametric uncertainties. The researches in this project include: 1) To the systems with general parametric uncertainties and/or disturbance with known and unknown period, the unified immersion and invariance adaptive learning control schemes are proposed, respectively; 2) To disturbed/parametric uncertain systems with partially unmeasured states, the immersion and invariance based observer with parametric learning law and the output feedback adaptive learning control methods are provided; 3) The proposed methods are applied to high-speed train control systems to realize adaptive learning control and output feedback learning control. The research results in this project will provide the support for both systematic design methods for academic and technique in engineering for general parametric uncertain systems.

受扰/参数化不确定系统的自适应学习控制因具有重要的学术和应用价值受到广泛关注。对于受扰/参数化不确定系统的自适应学习控制尚未形成系统化的设计方法。本项目以模块化设计方法为框架，通过非线性压缩方法构建基底控制器，以浸入和不变流形方法为核心，针对受扰/参数化不确定系统，提出面向性能的自适应学习方法，旨在设计自适应内模或参数学习律逐步消除扰动和参数化不确定对系统性能的影响，实现参数化不确定系统的状态/输出反馈自适应学习控制。具体研究内容为：1) 对定常参数化/(已知或未知)周期扰动系统, 提出模块化的浸入和不变自适应学习控制方法；2）对部分状态不测的受扰/参数化不确定非线性系统，提出模块化的浸入和不变输出反馈自适应学习控制方法；3）将提出的控制器设计应用到高速列车控制中。本项目的开展将为受扰/参数化不确定系统的自适应控制提供指导。

受扰/参数化不确定系统的自适应学习控制因具有重要的学术和应用价值受到广泛关注。本项目研究了以模块化设计方法为框架，以浸入和不变流形方法为核心，针对受扰/参数化不确定系统，提出面向性能的自适应学习方法。.提出面向性能的学习控制包括：部分状态反馈的重复学习控制算法；扰动周期与参考信号周期之间无公倍数的非参数化不确定系统跟踪问题；一类非参数不确定系统在任意初态且输入增益未知情形下的轨迹跟踪问题；面向纹波补偿的永磁直线同步电机伺服系统的模型参考自适应和周期自适应学习控制方法。提出面向性能的基于浸入和不变方法的鲁棒自适应控制包括：针对直线电机和龙门机床系统，分别考虑输出受限，多轴协同以及执行器故障问题，提出了浸入和不变自适应控制律；针对欠驱动系统，提出四旋翼飞行器单体控制和飞行器集群的协同与避撞控制；针对高铁磁浮装置输出受限特性，提出单装置控制和多装置的协同控制方法。此外，基于所取得理论研究成果，针对飞行器拦截问题，提出了飞行器的拦截制导律，直接力和气动力控制方法。.本项目培养了硕士生9 名。共发表22篇论文，期刊论文8 篇, 还有2篇期刊未标注，其中 SCI 检索5 篇，EI检索 2篇；已发表会议论文14 篇，其中 EI 检索14 篇。国际刊物文章包括 Automatica 1篇、ISA Transactions 2 篇(1篇未标注)、IEEE Access 2 篇；国内期刊文章包括《自动化学报》1篇，《控制理论与应用》1篇，《控制与决策》1 篇。