多约束下非线性积分器系统鲁棒自适应控制及应用

This project aims to the researches on theory and applications for integrator nonlinear systems which have practical background. It includes three aspects. First, the robust stabilizing and robust tracking problems satisfying requirements of overshoot and steady-state error and other performance will be investigated for uncertain integrator nonlinear systems in the presence of input disturbance and input constraints. The design methods of robust controller will be given. Furthermore, the obtained results will be applied and extended to the design of integrated guidance and control for missiles. Secondly, the algorithms of the asymptotical or finite-time distributed consensus will be studied for integrator nonlinear multi-agent systems. And the coordinated control problem of this kind of system with uncertainties and input disturbance will be further considered. Thirdly, the cooperative control algorithms combining kinematics model and dynamics model will be designed by using the obtained results for consensus of integrator nonlinear multi-agent systems to attack a stationary or motive target simultaneously for several missiles in the frame of integrated guidance and control.

本项目围绕具有实际工程背景的不确定积分器非线性系统在不同约束限制下的几个重要问题展开理论研究和基础应用研究，具体包括三个方面的内容。其一，针对不确定积分器非线性系统在存在输入扰动和输入约束的情形下研究系统的鲁棒镇定问题以及满足超调量和稳态误差要求等性能指标下的鲁棒跟踪问题，给出鲁棒控制器设计方法。进一步，将得到的结果应用扩展到导弹系统的制导和控制一体化设计上。其二，研究多个体积分器非线性系统的渐进一致性算法和有限时间一致性算法，在此基础上考虑具不确定性和输入扰动的积分器非线性多个体系统的协调控制问题。其三，将导弹的运动学和动力学模型综合考虑，在制导和控制一体化设计的框架下结合得到的多个体积分器非线性系统一致性控制的研究成果设计协同控制算法，实现多枚导弹协同打击同一个确定或运动的目标。

本项目研究了三个方面的问题，即多智能体系统的协同控制、系统的容错控制以及具一定约束条件的导弹系统的制导律设计问题。提出了新的协同控制、容错控制以及制导律的设计方法。所研究的问题和得到的结果都具有重要的科学意义和潜在的应用价值。具体包括：.其一，针对一阶、二阶及高阶积分器、一般线性系统以及具有非线性动态的三大类多智能体系统以及带有输入扰动的多智能体系统，考虑了一致性跟踪控制以及包含控制问题。利用滑模控制方法、自适应控制以及Lyapunov等理论，基于相对的状态信息或相对的输出信息，设计了有限时间分布式协同控制律及其鲁棒协同控制律。研究了量化通讯、采样通讯以及只使用相对状态的符号信息设计控制协议的方法以及输入饱和约束下的一致性控制，补充和发展了现有的多智能体系统协同控制设计方法。.其二，针对反馈线性化系统, 设计了满足跟踪误差稳态及瞬态性能要求的鲁棒容错控制器。考虑了多智能体系统在存在执行器故障下的故障检测以及容错控制方法，给出了基于智能体相对信息的完全分布式故障检测策略以及分布式容错控制算法。.其三，研究了具一定约束条件的导弹系统的制导律设计问题。研究了基于滑模控制方法的满足视线角约束的指定攻击时间的制导律设计以及多枚导弹协同攻击的制导律设计方法，分别提出了事先指定攻击时间和基于通讯协调攻击时间两种方案。 研究了基于最优控制理论和二阶段设计思路的两种具末端攻击角约束的导引律设计方法，并将结果推广到了三维空间的情形。 研究了同时实现末端攻击角和攻击时间约束的制导律设计问题，结合最优控制理论、二阶段导引策略以及滑模控制方法，提出了三种具有明显优点的制导律设计方法。所得到的结果对于发展导弹系统的协同打击策略也具有重要的意义。