带有饱和输入和回滞特性不确定非线性系统的模糊自适应控制

For a class of multi-input and multi-output systems, interconnected large-scale systems and pure-feedback nonlinear systems with input saturation or hysteresis, fuzzy logic systems will be utilized to approximate unknown nonlinear functions in this kind of nonlinear systems. By combining adaptive control theory, backstepping design method and decentralized control technique, the problem of coupling and nonlinearity between interconnections can be solved, and it can also resolve the problem that no visable affine variables can be used as virtual control or actual control in pure-feedback systems. Moreover, the influence of input saturation and hysteresis will be considered in detail. At last, based on the above reseaches, we will propose the problem of fuzzy adaptive control on multi-input and multi-output nonlinear systems, interconnected large-scale systems and pure-feedback systems, which are affected by stochastic disturbance. By using Lyapunov stability theory, stochastic Lyapunov stability theory and fuzzy logic theory, fuzzy adaptive state-feedback control method will be obtained when all the state variables are measurable, while fuzzy adaptive output-feedback control method can be obtained when not all the state variable is measurabe. The results proposed by this project will provide advantage theory for the development of fuzzy adaptive control for complex nonlinear systems.

针对一系列带有饱和输入或回滞的多输入多输出系统、互联大系统、以及纯反馈非线性系统, 应用模糊逻辑系统理论对此类非线性系统中的未知非线性函数进行函数逼近, 并结合自适应控制理论, 反步递推设计方法, 以及分散控制技术, 解决多输入多输出非线性系统, 互联大系统的耦合性和互联项非线性问题, 解决非线性纯反馈系统没有明显的仿射变量用作虚拟控制和实际控制的难题, 并且有效的抑制饱和输入和回滞现象对此类系统造成的影响。最后, 在此基础上, 研究带有随机扰动的多输入多输出非线性系统、互联大系统以及纯反馈系统的模糊自适应控制问题。 应用Lyapunov稳定性理论、随机Lyapunov稳定理论以及模糊逻辑理论, 得到在状态可测情况下的模糊自适应状态反馈控制方法，以及在状态不完全可测情况下的输出反馈控制方法。 本项目的研究将为复杂非线性系统的模糊自适应控制发展提供有利的理论依据。

项目的背景：随着信息技术的飞速发展，计算机的广泛应用，实际系统具有越来越强的非线性。非线性系统的控制问题成为众多领域需要考虑的问题。自适应控制方法能够通过在线调节自适应参数处理系统中不确定性，具有较好的鲁棒性。近年来，通过结合自适应控制与模糊系统或神经网络，许多研究者利用自适应模糊控制和神经网络控制在非线性系统控制领域取得了巨大进步。然而，大多数的物理系统中存在着饱和输入或回滞等复杂问题，这严重限制了系统的性能，破坏了系统的控制品质，甚至会导致系统不稳定。随着科学技术的不断发展，人们对控制性能的要求不断提高，控制系统中常见的饱和输入和回滞等执行器非平滑现象以及系统的随机扰动现象引起了越来越多的科研工作者的广泛关注。尽管非线性不确定系统的自适应模糊控制以及自适应神经网络控制已经取得了一定的研究成果，但是对于带有饱和输入或回滞特性的复杂非线性系统和纯反馈系统的模糊自适应控制结果仍缺乏系统的理论结果。..主要研究内容.1、研究带有饱和输入或回滞的多输入多输出系统以及互联大系统的模糊自适应控制问题；.2、 研究带有饱和输入或回滞的、状态不可测的纯反馈系统的模糊自适应输出反馈控制问题；.3、研究带有随机扰动的复杂非线性系统和纯反馈系统的模糊自适应控制问题；.4、基于提出的非线性自适应模糊分散控制设计方法，解决机器手指的轨迹跟踪控制问题...取得的主要研究进展、重要结果、关键数据等及其科学意义或应用前景。.在本项目实施过程中，本课题组在IEEE Transactions on Cybernetics、IEEE Transactions on Fuzzy Systems等国际SCI期刊与国内外会议上发表论文(含录用)40篇，其中在IEEE 汇刊上发表论文13篇(长文12篇)，其他SCI期刊论文17篇，国内外会议论文10篇；在中国科学出版社出版中文专著一部。项目期间内发表的ESI-TOP高被引论文3篇。.主持人基于以上部分成果入选辽宁省高等学校优秀人才支持计划。曾获辽宁省自然科学学术成果二等奖(排名第1)，江苏省优秀博士学位论文等荣誉称号。...其科学意义或应用前景.针对机器手指动态系统的控制问题，将其描述为非线性互联大系统，基于对模糊逻辑系统以及自适应控制的研究，给出了机器手指动态系统的自适应模糊分散控制器设计方法，重要的是所设计的控制器，结构简单，自适应参数少，更易于实际应用。