非严格反馈非线性系统模糊自适应输出反馈控制

This project focuses on fuzzy adaptive control for a class of non-strict-feedback nonlinear systems via output feedback. The research aim is to overcome the strict-feedback form restriction to the existing backstepping-based control design approach and develop some conditions and approaches under which bakstepping can be applicable for fuzzy adaptive output feedback control for the non-strict-feedback nonlinear systems. The main research issues are, respectively, 1) In light of the universal approximation ability of fuzzy systems, model the unknown nonlinear systems functions and propose new method to construct fuzzy adaptive observer. 2) Propose feasible conditions and approaches of variable separation for system functions, and furthermore, systematically set up the fuzzy adaptive output feedback control algorithm via backstepping technique and performance analysis of closed-loop systems by small gain theorem and Barbalat theorem. 3) Consequently, address the problem of fuzzy adadptive control via output feedback for non-strict-feedback nonlinear systems with the cases of state time delays, input dead zone, input saturation and input delay, respevtively, and propose corresponding design schemes of fuzzy adaptive controllers. 4) Apply the proposed control strategies to some real systems to test the effectivenss of the proposed methods.

本项目旨在研究非严格反馈非线性系统的模糊自适应输出反馈控制问题，突破严格反馈结构条件对现有Backstepping设计方法的限制，给出非严格反馈非线性系统可由模糊自适应Backstepping方法进行输出反馈控制设计的可行条件与算法。主要研究内容分别为：1、应用模糊系统的函数逼近功能对未知非线性系统建模，给出构造模糊自适应状态观测器的方法；2、建立输出反馈条件下系统函数可变量分离的条件和方法，系统性给出非严格反馈系统模糊自适应输出反馈控制的Backstepping算法，并通过小增益定理、Barbalat引理建立闭环系统性能分析方法；3、进一步针对系统具有状态时滞、输入死区、饱和以及时滞等情况，研究非严格反馈系统的模糊自适应输出反馈控制问题，并给出相应模糊自适应控制器的设计方案；4、研究所提出的控制算法在某些工程实际系统上的应用，以便验证所提出方法的有效性。

本研究课题主要考虑利用自适应模糊(或神经网络）控制技术研究一类非线性系统的输出反馈自适应与控制问题，发展新的模糊控制理论和方法。主要着重下述问题的研究：1.在系统状态不可测的条件下，针对一类非严格反馈非线性系统给出解决其模糊自适应输出反馈控制问题的可行性方案；2. 在完成上述研究内容的条件下，进一步研究具有控制输入非线性特性的非严格反馈系统的输出反馈控制问题。对于第一个研究问题，我们给出了新的自适应模糊和自适应神经网络观测器设计的新方法。在观测器中引入模糊逻辑系统或者神经网络以补偿系统非线性不确定性对于观测误差的影响，进而给出了基于观测器的输出反馈模糊、神经网络自适应控制器的设计方法。至此，给出了backstepping 设计技术应用于非严格反馈非线性系统输出反馈控制问题的条件与方法。对于第二个研究问题，采用对输入非线性进行近似表示的方法，并确定出近似误差的范围，从而控制器的设计可以依据输入非线性的近似表示来进行，近似误差则用于闭环系统的稳定性分。基于上述方法，我们分别研究了非严格反馈非线性系统具有输入饱和、输入量化以及输入时滞等情况下的控制设计问题。分别给出这类系统基于模糊逼近或神经网络逼近的直接、间接自适应控制设计的新方法。.除完成项目预定研究目标外，我们进一步研究了模糊自适应有限时间控制问题，给出了系统有限时间实用稳定的准则。利用所建立的有限时间使用稳定准则给出了模糊自适应有限时间控制设计的新方法；另外，我们也研究了分数阶系统的稳定性分析与控制设计问题，给出了其基于观测器镇定的充分必要条件。.基于本研究项目，在国际学术期刊杂志上发表学术论文36篇,会议论文13篇；毕业博士生4人，毕业硕士研究生20人；在读博士生5人，在读硕士研究生12人。