带有执行器非线性的不确定非线性系统的自适应控制

The problem of asymptotic tracking control with zero tracking error is addressed for uncertain nonlinear systems or nonlinear time-delay systems with actuator nonlinearity by employing the adaptive control approach. The actuator nonlinearities under consideration include nonsymmetric dead-zone, nonlinear dead-zone, sector nonlinearity and nonlinear input containing sector nonlinearity and dead-zone. The parameters in the controlled system, actuator nonlinearity and time-delay nonlinearity or the signs of some parameters are assumed to be unknown. By the establishment of new mathematical descriptions for actuator nonlinearities and the introduction of appropriate model transformations, adaptive actuator nonlinearity compensation schemes are proposed. In the presence of actuator nonlinearity or time delay, the novel Lyapunov function or Lyapunov-Krasovskii functional is constructed, and the stability of the closed-loop system is analysized. The main research contents include: (1) the problem of unified mathematical description for actuator nonlinearities; (2) the problem of direct adaptive exponential compensation control with zero tracking error; (3) the problem of backstepping design for asymptotic compensation controller; (4) the problem of asymptotic adaptive tracking control for nonlinear systems with actuator nonlinearity and time delays; (5) the applications of the designed compensation control algorithms in the spring, mass and damper system and other engineering fields.

针对带有执行器非线性的不确定非线性系统或非线性时滞系统，采用自适应控制方法，研究具有零跟踪误差的渐近跟踪控制问题。考虑非对称死区、非线性死区、扇区非线性及同时含有扇区非线性和死区的执行器非线性模型，假设系统参数、执行器非线性参数和时滞参数未知或某些参数的符号未知。通过建立执行器非线性的新的数学描述并引入适当的模型变换，提出自适应执行器非线性补偿方案。构造新颖的Lyapunov函数或Lyapunov-Krasovskii泛函，在执行器非线性或时滞存在的情况下进行稳定性分析。主要内容包括： (1)研究执行器非线性模型的统一化数学描述问题； (2)研究具有零跟踪误差的直接自适应指数收敛补偿控制问题； (3)研究渐近补偿控制器的Backstepping设计问题； (4)研究带有执行器非线性和时滞的非线性系统的渐近自适应跟踪问题； (5)研究设计的补偿控制算法在弹簧质量阻尼系统及其他工程领域的应用。

在实际的控制系统中，由于物理元器件的固有特性，很多执行器都存在非光滑的非线性，比如死区、齿隙、回滞等。另一方面，时滞也是控制工程中的一类常见现象。本项目研究带有执行器非线性或时滞的不确定非线性系统的自适应控制问题。主要研究内容包括：（1）针对一类带有状态时变时滞和非对称执行器死区的不确定非线性系统，研究了自适应控制设计问题；（2）研究了带有未建模动态非线性系统的观测器设计问题；（3）考虑一类带有参数不确定性的非线性系统指数跟踪控制问题，提出了一种基于自适应控制的设计方法，能够保证零跟踪误差的指数跟踪；（4）针对随机非线性大系统，研究了带有输出动态互联大系统的输出反馈控制问题；（5）研究了带有慢采样奇异摄动的半Markov跳变离散时间系统的慢状态变量反馈镇定问题。在Automatica、IEEE 系列期刊、中国科学信息科学等系统与控制领域主流刊物和重要学术会议上发表论文54篇，SCI收录49篇，EI收录4篇，先后3篇论文入选ESI高被引论文，授权国家发明专利1项。.以该项目作为依托，项目负责人独立或首位获得山东省杰出青年基金，山东省首届泰山学者青年专家，第十一届山东省青年科技奖，山东省引进急需紧缺人才支持项目计划，山东高等学校优秀科研成果奖一等奖。系列研究成果得到了6位院士、10余位IEEE Fellow等国际知名学者的正面引用与高度评价，公开评价有“重大突破”、“创造性研究”，一些结果被描述为“有效的”、“成功的”、“受启发的”。.项目负责人获山东省第八届高等教育教学成果奖一等奖，曲阜师范大学十大师德标兵。培养硕士生14人，已毕业取得硕士学位6人，协助培养博士生4人。担任教育部第四轮学科评估专家，国家自然科学基金通讯评审专家，中国博士后科学基金通讯评审专家。山东省首批一流学科曲阜师范大学“工程学”方向带头人，山东省高等学校协同创新中心首席科学家，控制科学与工程博士学位一级学科授权点学术骨干。组织3次学术研讨会，项目组成员参加10余次国际国内重要学术会议。