非线性系统的滑模控制研究
建立在微分几何理论基础上的非线性系统的解耦与静态反馈线性化控制，使得非线性系统的研究模式摆脱了局部线性化和小范围运动的限制，实现了系统的大范围分析和综合。但是，微分几何控制必须依赖于系统的精确数学模型，而实际的控制系统往往受到时滞，参数不确定性以及外部扰动的影响，这为系统的分析与设计带来很大的困难。
本文深入研究了非线性系统滑模控制理论，利用变结构控制的滑动模态对于参数摄动以及外部扰动的鲁棒特性，与微分几何理论相结合，既提高了系统的鲁棒性，又解决了非线性系统滑模面不易构造的难题。本文提出的控制策略减弱了非线性系统滑模控制相关文献中对于系统数学模型以及不确定性的严格限制条件。此外，由于滑模控制系统的强鲁棒性只是存在于系统的滑动模态上，而其趋进模态的鲁棒性差一直是无法忽视的问题。本文提出了利用动态控制参数进行补偿，动态的控制参数不但用于削弱抖振的影响，还用于补偿参数摄动对系统趋近模态的影响。
实际系统中普遍存在的非线性时滞系统由于其双重复杂性，相关的控制理论研究进行的很少。鉴于控制应用的实际需要，本文分别利用精确线性化理论与滑模控制策略针对非线性时滞系统进行解耦控制。文中提出了系统可解耦的充分条件，并比较了两种方法对于数学模型的限制条件以及各自闭环系统的鲁棒性。
不确定非线性系统的鲁棒控制研究一直深受重视，由于鲁棒控制理论的实质是在牺牲一定的性能指标的前提下，提高了系统的鲁棒性。这种鲁棒控制策略常常限制了闭环系统的带宽，因而降低了系统的跟踪性能与抗干扰性。滑模控制是提高系统鲁棒性的有效方法，但是由于非线性系统的滑模面的构造相当困难，因而限制了滑模控制在非线性系统控制中的应用。本文深入研究了非线性系统的滑模控制，利用非线性坐标变换简化系统的设计，并充分发挥了滑动模态对于系统摄动及扰动的不变性特点。
最小相位非线性系统卣于其良好的控制特性，在非线性系统控制理论研究方面深受重视，而在实际的工程中，许多非线性系统的零动态可能是不稳定的，所以，非最小相位非线性系统的控制研究同样具有重要的意义。鉴于最小相位系统的反馈可镇定性，本文以输出向量的各阶导数设计切换函数，并在非线性坐标变换的作用下，使系统的滑动模态呈线性，从而可以利用状态反馈实现极点配置、最优控制、最优固定特征的结构配置。而在非最小相位系统的滑模控制研究中，引入了虚拟控制用来镇定系统的零动态，并保证滑模控制系统在闭环系统的稳定域内对于参数摄动具有鲁棒性。
本文将非线性系统滑模控制的研究成果应用于低速运行自治式潜水器的控制中，首次改变了潜水器系统仅仅只能在单个的操作点实现解耦与线性化控制。这样，对复杂非线性潜水器系统的设计就转化为对若干个单输入单输出线性子系统的控制，从而解决了自治式潜水器动态特性的强非线性以及强耦合性给控制器设计带来困难。设计的滑模控制器保证了状态变量误差的全局渐近稳定性，并保证了系统的滑动模态具有良好的动态性能。
不确定非线性系统;微分几何理论;输出滑模控制;非最小相位系统;自治式潜水器
中国海洋大学
博士
物理海洋学(海洋技术)
唐功友
2005
中文
TP271.62;N93;S932.923
109
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）