参数切换重复标量非线性系统的控制与状态估计研究

Repeated scalar nonlinear systems with switched parameters are a class of typical/important complex systems, which have extensive applications in the practical industry due to that they have all properties of switched systems and repeated scalar nonlinear systems. How to establish a set of approaches for sliding mode control and state estimation, is a front research topic in system science and control theory fields, and is also a key step to push such a complex system into the practical applications. This project aims at the key control and state estimation problems of repeated scalar nonlinear systems with switched parameters. Specifically, robust controller/filter design schemes will be proposed for repeated scalar nonlinear systems with switched parameters. Sliding mode control methods including sliding mode dynamics analysis, sliding surface function design, and sliding mode controller design will be given for such complex systems, and then a set of event-triggered filtering methodologies and theory will be established. The main aim of this project is to propose a series of sliding mode control and state estimation methods for repeated scalar nonlinear systems with switched parameters. Meanwhile, based on previous results, part of the theoretical results of this project will be tentatively applied to the state estimation problem of underactuated manipulators, and provide useful design methods and theory for practical engineers.

参数切换重复标量非线性系统是一类重要的复杂动态系统，且同时具有切换系统及重复标量非线性系统的特性。如何建立该类复杂动态系统的一套滑模控制与状态估计的方法及理论，是目前系统科学研究领域的热门研究领域之一。本项目针对参数切换重复标量非线性系统，研究其控制与状态估计中的难点和亟待解决的关键问题。具体来讲：提出参数切换重复标量非线性系统的鲁棒控制器/滤波器的设计及求解方法；滑模控制中滑模面函数的设计、滑动模态的分析以及滑模控制器的设计方法；基于事件触发机制滤波器的鲁棒综合方法。本项目以期提出一套较为完整的参数切换重复标量非线性系统的滑模控制与状态估计的方法和理论。与此同时，本项目还将以前期研究成果为基础，将部分理论研究成果试探性地应用于欠驱动机械臂系统的状态估计问题中，并为工程项目的顺利开展提供理论上的支持。

本项目针对具有参数切换重复标量非线性系统为研究对象，研究了其鲁棒控制以及鲁棒滤问题，分别展开了(1)参数切换重复标量非线性系统的滑模控制器设计问题研究；(2)基于多性能指标的参数切换重复标量非线性系统的输出反馈滑模控制器设计问题研究；(3)参数切换重复标量非线性系统的基于事件触发机制的滤波器设计问题研究；(4)欠驱动机械臂系统基于事件触发机制的滤波器设计问题研究等方面的研究，最终建立了一套较为完整的分析参数切换重复标量非线性系统的方法及理论，为参数切换重复标量非线性系统的实际应用提供了鲁棒稳定性、鲁棒控制等技术的理论支持。与此同时，本项目将部分理论研究成果试探性地应用于欠驱动机械臂系统的状态估计问题中，并为工程项目的顺利开展提供理论上的支持。在该项目的支持下，取得了9篇期刊论文，得到国内外相关领域的20余次引用；通过本项目研究支持研究生2名，同时本项目支持了1名研究生赴国外大学进行联合培养，借此与海外学者建立长期密切合作关系。