具有状态约束不确定切换非线性系统的智能控制

Based on the theories of neural networks and fuzzy logic systems, this project studies the intelligent adaptive control of switched uncertain nonlinear systems with state constraints. The main research contents include: 1. An intelligent adaptive state feedback control method is proposed for switched nonlinear constrained systems with measurable states, which solves the problem that the state constraints of switched systems cannot be guaranteed in existing methods; 2. On the basis of intelligent switched observer, an intelligent adaptive output feedback control strategy is developed for switched nonlinear constrained systems with unmeasurable state, which overcome the limitation that states need to be measurable in previous methods; 3. For switched nonlinear constrained systems with non-smooth input, the robust intelligent control methods based on the above-mentioned two strategies are proposed to eliminate the influence on the performance of switched systems caused by the dead-zone, hysteresis and etc. To guarantee the stability, convergence and state constraints of the control system, the corresponding barrier Lyapunov function is constructed. This research will further promote the development of switched nonlinear system theory and intelligent control, and provide theoretical basis and potential application value for actual system control.

本项目基于神经网络和模糊逻辑系统理论，研究具有状态约束的不确定切换非线性系统的智能自适应控制问题。主要研究内容包括：1.针对状态可测切换非线性约束系统，提出状态反馈智能自适应控制方法，解决已有方法难以保证切换系统的状态受限问题；2.针对状态不可测切换非线性约束系统，提出基于智能切换观测器的输出反馈智能自适应控制策略，克服现有方法需要满足状态可测的局限性；3.针对具有非光滑输入的切换非线性约束系统，在研究内容1,2的基础上，提出状态反馈和输出反馈鲁棒智能控制方法，消除死区、迟滞等环节对切换系统性能的影响。针对上述提出方法构造相应的障碍李雅普诺夫函数，解决控制系统稳定性、收敛性和状态受限问题。本项目的研究将进一步推动切换非线性系统理论和智能控制的发展，并为实际系统的控制提供理论基础和潜在的应用价值。

针对不确定切换非线性系统，应用神经网络或模糊逻辑系统进行智能建模，建立系统等价模型。基于等价模型，分别在系统状态可测和不可测的情况下，研究其智能自适应约束控制设计方法，结合对数、正切和积分型障碍李雅普诺夫函数方法，提出了一系列基于不同切换信号的状态反馈和输出反馈智能约束控制方案，给出了闭环系统稳定和收敛的理论判据，实现了对系统状态的约束限制。在此基础上，考虑了系统具有非线性输入（执行器故障等）情形，设计了相应的鲁棒智能自适应约束控制方法，补偿了非线性输入对被控系统带来的影响，并将所提算法应用到电路等实际系统进行仿真验证，进一步说明了所提方法的有效性。此外，本项目还进行了拓展研究，研究了几类实际非线性系统和偏微分系统的约束控制问题，提出了一系列相应的约束控制方案，为项目的后续研究奠定了基础。相关研究成果发表在《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》、《IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems》、《IEEE Transactions on Cybernetics》、《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》、《 IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica 》、《Systems & Control Letters》等国际重要期刊上。在项目执行期间，课题负责人获辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才计划，获辽宁省百千万人才工程万人层次，获锦州市自然科学学术成果奖三等奖，被评为锦州市“讲理想、比贡献，创新争先”活动创新标兵。培养和协助培养多名硕士研究生考取上海交通大学、国防科技大学、东北大学、南京邮电大学、大连海事大学等攻读博士研究生。