输出调节问题的内模与控制器设计研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又输出调节问题的内模与控制器设计研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：王兴虎控制理论与控制工程黄捷教授季海波教授二O一二年十月八日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeTheInternaIModelandControllerDesignfortheOutputRegulationProblemAuthor’SName：XinghuWangspeciality：ControlTheoryan

2、dControlEngineeringSupervisor：Prof．JieHuangProf．HaiboJiFinishedtime：October8，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术

3、大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。／鲋≥开13保密——年作者签名：签字日期：竺里!!!丛丝导师签名，二翌签字日期：Z型Z：!!：』一摘要摘要输出调节问题是控制理论中的重要课题之一，其目标是对给定的被控对象设计一种反馈控制律，以达到在确保

4、闭环系统稳定的前提下，被控系统的输出渐近跟踪一类参考信号以及渐近抑制一类干扰信号。在该问题中，参考信号或干扰信号统称为外信号，并由一个称之为外系统的自治系统生成。由于被控对象系统以及外系统的各种不确定性、复杂性以及多样性，输出调节问题的研究成为控制领域一个具有挑战性的研究方向。众所周知，解决输出调节问题的调节器可以分解为两部分：一部分是内模，产生前馈项抵消稳态误差，另一部分是镇定器，用于镇定整个闭环系统。在线性系统中，内模可以看作是对外系统结构信息的有效复制；而在非线性系统中，内模不仅需要对外系统结构信息进行有效复制，还

5、需要产生外系统轨道的高阶非线性谐波项。然而，由于被控对象以及外系统的复杂结构，往往很难设计一个合适的内模。如何设计合适的内模既是输出调节问题中的一个关键点，也是一个难点。本论文通过研究输出反馈型系统的输出调节问题来阐述几类内模的设计。我们主要研究了三类输出调节问题：第一类是无穷维线性系统在不确定线性外系统作用下的鲁棒输出调节问题；第二类是有限维输出反馈型非线性系统在不确定外系统作用下的全局鲁棒输出调节问题；第三类是有限维输出反馈型非线性系统在非线性外系统作用下的全局鲁棒输出调节问题。具体取得的研究成果总结如下：一、本文考

6、虑了在未知外系统作用下的无穷维系统的输出调节问题。首先，我们引入无穷维系统相对阶的概念并通过坐标变换得到无穷维系统的输出反馈标准型，然后我们给出标准化自适应内模设计将输出调节问题转化为增广系统的镇定问题。借助于自适应控制思想，设计递归控制器解决增广系统的镇定问题，相应的输出调节问题也得到解决。二、针对具有不确定外系统的有限维输出反馈型非线性系统的输出调节问题，我们提出了一类非线性内模设计。该内模最大的特点有两个：一是该内模将稳态信息的产生和内模中未知参数的估计统一处理：二是该内模中的不确定参数的估计不依赖于现有的自适应递

7、归设计方法。然后，我们设计了一类误差反馈调节器解决输出反馈型系统的全局鲁棒输出调节问题。我们并将该内模设计应用到解决Duff'rag系统的全局干扰抑制问题。三、针对在非线性外系统影响下的非线性系统的输出调节问题。我们提出了一类基于压缩理论的内模设计。该内模的思想是将稳态生成器的轨迹看作内摘要模的特殊轨迹，通过构造合适的增益参数使得内模具有包含稳态生成器轨迹的压缩区域。在内模与稳态生成器状态的收敛问题上，轨迹收敛的压缩方法比直接运用Lyapunov稳定性方法有效。同时，该内模也避免了现有非线性内模设计的一些结构约束。最后，

8、我们利用该内模设计解决了在具有非线性外系统的输出反馈型系统的全局鲁棒输出调节问题。关键词：非线性系统，无穷维系统，输出反馈型系统，输出调节，内模设计ⅡABSTRACTAsoneofthecentralproblemsincontroltheory,theoutputregulationproblemaimstodes