执行器饱和系统的新型增益调度控制理论研究及其应用

Actuator saturation nonlinearity may lead to performance degradation and even instability of the closed-loop system. In view of the actuator saturated system, especially with parametric uncertainties, a single controller can not meet the requirements of the dynamic performance of the control system. However, with the development of modern control science, fast convergence performance requirements of the control system for practical application become increasingly high. Therefore, the applicant proposed the new gain scheduling control approach to improve the dynamic performance of the closed-loop system. This project will continue to develop the proposed new gain scheduling control method to solve a series of related complex control problems for the actuator saturation system. In this project, new theories on robust gain scheduling output feedback control, robust disturbance rejection gain scheduling control and robust fault tolerant gain scheduling control for the actuator saturation system will be studied. Besides, the proposed method will be extended to actuator saturation discrete system. Furthermore, the obtained results will be applied to the spacecraft orbital rendezvous system, and are expected to provide certain theoretical guidance and technical support for the control engineering practice.

执行器饱和非线性的存在经常给系统带来不利的影响，降低了系统的性能，甚至影响到系统的稳定性。针对执行器饱和系统，特别是当参数存在不确定时，单一的控制器已经不能满足控制系统的动态性能要求。然而，随着现代控制科学的发展，工程实际对于控制系统快速收敛的性能要求越来越高。因此，申请人提出了执行器饱和系统的新型增益调度控制方法来改善闭环系统的动态性能。本项目将进一步发展申请人前期所提新型增益调度控制方法来解决更为复杂的执行器饱和系统控制问题。针对执行器饱和系统研究鲁棒增益调度输出反馈控制方法、鲁棒干扰抑制增益调度控制方法及鲁棒容错增益调度控制方法，并将所提新型增益调度控制方法推广到执行器饱和离散系统中。进一步将所得研究结果应用于解决航天器轨道交会系统的控制问题，期望能够为实际工程应用提供一定的理论保证和技术支持。

执行器饱和非线性的存在经常给系统带来不利的影响，降低了系统的性能指标。然而，随着现代控制科学的发展，工程实际对于控制系统快速收敛的性能要求越来越高。因此，研究执行器饱和系统的新的控制方法来改善闭环系统的动态性能具有重要的意义。本项目基于参量Lyapunov方程方法、线性矩阵不等式理论及增益调度技术，研究了执行器饱和系统的鲁棒增益调度控制方法、鲁棒干扰抑制增益调度控制方法及鲁棒容错增益调度控制方法。进一步将所提控制方法推广到执行器饱和离散系统和切换系统中。并将所提理论结果应用于航天器轨道交会系统中：针对相对位置保持阶段的航天器交会系统，设计了离散静态增益调度输出跟踪控制器；针对具有非对称执行器饱和与参数不确定性的航天器交会系统设计了鲁棒离散增益调度控制器。本项目发表（含在线发表）10篇学术论文，其中发表（含在线发表）SCI期刊论文6篇，发表EI论文4篇，申请发明专利2项。