典型不确定非线性系统不连续自适应控制研究

This project proposes to thoroughly investigate the existence and feasibility of discontinuous adaptive feedback control for several classes of representative uncertain nonlinear systems, particularly the design and performance analysis of the controllers, and to exploit the applications of the developed methods in electromechanical systems and robot systems. The systems under investigation have not only intrinsic nonlinearities, but also new or more serious uncertainties/disturbances, or there are special transient/steady-state requirements for the control target, which requires more powerful discontinuous adaptive feedback control. In this project, we will first study the analysis and design of the corresponding discontinuous adaptive feedback control for the nonlinearities and uncertaintities/disturbances with specific type/characteristic. After full consideration and deep understanding of some specific situations, we will profoundly study the essential influence of nonlinearities and uncertainties/ disturbances on the existence and feasibility of discontinuous adaptive feedback control, and also study how to optimize the parameters/structure of controller to improve system performance. Through this project, we will propose new analysis and design methods of discontinuous adaptive feedback control (such as that via logic-based switching), develop the event-triggered adaptive controllers with stronger feedback capability and better transient/steady-state performance (event-triggered strategy integrated with "logic-based switching") and give the sufficient/necessary conditions on the the existence and feasibility of discontinuous adaptive feedback control to provide the basic and guiding principles for the relevant theory and application research.

计划就多类典型不确定非线性系统，深入研究不连续自适应反馈控制的存在性和可行性，特别是控制器设计与性能分析，探讨所发展控制方法在机电和机器人系统中的应用。拟研究对象不仅有本质非线性，且有新型或更严重的不确定性/干扰，或控制目标有特殊暂稳态要求，需要更强有力的不连续自适应反馈控制。将首先针对具体的非线性和不确定性/干扰的类型/属性，分别研究相应的不连续自适应反馈控制分析与设计；在对具体情形充分研究、取得深刻认识后，再全面研究非线性和不确定性/干扰对不连续自适应反馈控制存在性和可行性的本质影响，并研究如何优化控制器参数/结构实现系统性能的提升。通过研究，将提出逻辑切换等不连续自适应反馈控制分析与设计新方法；将发展更强反馈能力、更优暂稳态性能的事件触发自适应控制（“逻辑切换”思想融入事件触发策略）；将给出不连续自适应反馈控制存在和可行的充分/必要条件，为相关理论和应用研究提供基础性和指导性原则。

非线性和不确定性广泛存在于现实系统中。非线性直接决定着可控性、可观性、可镇定性等系统基本特性；不确定性严重影响系统控制的有效性和精度。如何有效处理非线性和不确定性，进而设计出具有预期性能的反馈控制器，既是控制科学的核心问题，又是控制工程必须首先解决的问题。非线性和不确定性复杂多样，在对控制科学及其应用提出挑战的同时，也为其发展提供了持续的源动力。.在基金支持下，项目组聚焦非线性系统、随机系统、多智能体系统等，深刻探究了数个核心控制科学问题，取得系列创新性研究成果。特别地，建立了带有本质非线性和严重不确定性的典型非线性系统的自适应事件触发控制和预设暂稳态性能事件触发控制；提出了适用于随机系统事件触发控制的收敛性定理，并建立了随机系统事件触发反馈镇定的新框架，形成了事件触发控制分析新模式；发展了更强控制能力的切换自适应控制策略，解决了现有方法失效的几类不确定非线性系统的反馈控制设计问题，深刻揭示了切换自适应反馈在补偿不确定性/未知性、提升性能、抑制干扰方面的超常能力；建立了几类更本质非线性系统连续自适应控制的可行性与可构造性，解决了几类典型非线性系统的有限/预设时间稳定控制问题。.在基金支持下，项目组4年来共发表（录用）学术论文60篇。特别是在控制理论三大顶刊“IEEE Transactions on Automatic Control”、“SIAM Journal on Control and Optimization”和“Automatica”上发表论文14篇；培养博士后6人（出站2人）、博士生15人（毕业6人）、硕士生12人（毕业7人）。.项目负责人在基金支持下，主持国家自然科学基金重点项目（2021-2025）、山东省重大科技创新工程（项目总经费2400万元，2019-2022）；获中国自动化学会优秀博士论文导师奖、山东省优秀研究生指导教师奖、山东省和山东大学优秀博士学位论文指导教师奖、山东省教学成果一等奖等。