非线性系统状态和强时变未知输入同时估计之观测器研究

对具有未知输入的非线性系统，研究能对状态和未知输入同时进行估计的观测器设计方法。为此，首先提出了容错观测器的概念。在该概念的指导下，对强时变未知输入，既考虑提出微分调节估计方法（常规的方法仅对非时变情形进行了研究），又考虑提出代数估计方法。如果估计方法中用到了系统输出的微分信息，则进一步讨论如何消除微分信息。考虑到观测器的增益矩阵不是唯一的事实，提出通过寻找特别形式的观测器增益矩阵来达到直接消除未知干扰之目的的观测器（特别是降维观测器）的设计思想，由此提出基于降维观测器的未知输入代数估计方法；对一些未知参数估计方法，提出数值解方法，并讨论算法的稳定性；研究非线性项是Lipschitz项且Lipschitz常数是未知的观测器设计方法，提出不必满足匹配条件的处理方法；最后，对主要方法进行收敛性讨论。

本项目主要在如下三个方面实施了研究：线性或非线性系统未知输入观测器设计；基于观测器的故障检测和重构方法研究；未知输入观测器在混沌同步及其基于混沌同步的保密通讯中的应用。在未知输入观测器设计方法，主要成果和创新点包括：对线性系统和非线性系统，提出了突破观测器匹配条件限制的未知输入观测器设计方法。主要创新点体现在：提出了基于用降维观测器直接消去未知输入影响的状态估计方法，并结合高阶高增益滑模观测器，提出了一种未知输入代数重构方法。然后，将相关结论上升到同时具有未知输入和可测噪声的系统上，提出了同时重构未知输入和可测噪声的方法。将未知输入和可测噪声的同时重构与观测器匹配条件的突破，有机的结合了起来。在基于观测器的故障检测和重构方面，首次在该领域讨论的观测器匹配条件的突破问题，并提出了排除外部干扰的故障检测和重构方法。同时，对Lipschitz非线性项，提出了对Lipschitz参数自适应调节的方法，因而方法具有能适应具有较大Lipschitz常数非线性、不必事先知道Lipschitz常数具体值的优点。在混沌同步及其保密通讯方法，对具有参数波动的一类混沌系统，通过适当的信号嵌入，形成保密通讯中的发射器。通过设计降维观测器，达到混沌同步。通过降维观测器和高阶高增益滑模观测器的结合，提出了一种信息还原方法。考虑了具有传输噪声的混沌同步设计方法，提出了新的信息嵌入方法和还原方法。本项目共发表高水平学生论文34篇，其中期刊论文29篇(含2篇待发表论文)，会议论文5篇。所有论文中，被SCI检索的论文12篇，被EI检索的14篇。