不确定系统的量化反馈变结构控制研究

不确定系统的量化反馈变结构控制研究在传统的控制系统中,系统的输出信号通常是以无损的方式直接传送到系统的执行机构,这个过程不存在数据缺失或数据近似等现象。在现代控制技术迅速发展的今天,由于数字信号处理设施在系统中的广泛应用,需要模拟信号与数字信号进行相互转换。在这种情况下,做不到以任意高的精度进行信息的转换。此外,由于信道的传输能力有限,数据需要经过处理来降低数据包的大小,然后再进行传输。信号量化问题已成为这些方面的重要研究课题之一。另一方面,由于系统模型建立之时往往忽略了模型不确定性以及外部扰动的影响,系统的鲁棒性问题也需要在控制理论研究中充分考虑,而变结构控制是处理模型不确定性以及外部扰动的一种很好的鲁棒技术。本论文针对变结构控制设计中的量化问题展开研究。结合构造的量化参数的静态调节策略,提出一套量化反馈变结构控制方案。针对单输入线性不确定系统,提出了一种动态量化器量化参数的静态调节方案,并给出量化反馈变结构控制到达控制律的设计。与已有的结果相比,本文的方法能获得更好地收敛性能且便于工程应用;基于滑动扇区方法,提出的带有量化参数静态调节的量化反馈变结构控制策略能够有效避免抖振发生并实现闭环系统二次镇定；引入切换机制,提出了一种线性平面不确定系统的量化反馈变结构控制设计方法,该方法能够有效地克服系统模型不确定性的影响并满足量化饱和的限制；针对一类含输入非线性的不确定系统,通过结合量化参数的调节,设计的量化输出反馈变结构控制器能够保证系统轨迹渐近收敛到指定的滑模面上,实现系统鲁棒镇定；最后,在上述研究的基础上,将结果进一步推广到一类带有匹配／非匹配不确定性的多输入系统上。文中的主要结果均给出了相应的仿真例子进行了验证,并将部分研究成果应用于飞机模型仿真研究中。全文分为八章,每一章的主要内容如下：第一、二章系统地分析和总结了量化控制与变结构控制研究领域的背景和发展现状,并给出了与本文相关的一些预备知识。第三章基于滑模变结构控制策略,我们研究了一类单输入线性不确定系统的鲁棒量化反馈镇定问题。假定系统的状态信号以及输入信号在经数字通讯通道传输之前被量化。对于采用的动态量化器,给出可调量化参数的一个静态调节策略。通过结合量化参数的调节,设计的滑模变结构控制方案能够确保系统状态到达并保持在期望的滑模面上,改进已有成果仅能保证状态轨迹到达切换面附近而获得实际稳定的效果。仿真算例进一步验证了所提方法的有效性。在第三章的基础上,第四章进一步考虑了一种基于滑动扇区技术的量化反馈变结构控制器设计方法。首先提出了一种与滑动扇区相关的量化参数调节方案。然后设计量化反馈变结构控制律保证了系统轨迹由滑动扇区外进入滑动扇区的内扇区,实现闭环系统的二次稳定而不发生抖振现象。最后通过给出的仿真算例进一步验证了所提方法的有效性。第五章研究了带有量化饱和限制的平面系统的量化反馈镇定问题,给出了一种新的基于切换方法的滑模变结构量化反馈控制器设计方法。首先,通过引入切换线s1(x)=0与s2(x)=0,给出一个由扇形区域构成的平面空间的划分,然后在每个划分区间给出量化参数的调节策略。通过结合量化参数的调节,提出的滑模变结构量化反馈控制器能够保证状态轨迹到达期望的切换线s0(x)=0,从而实现系统的全局鲁棒镇定。这样的设计方法既充分利用了变结构控制能有效地克服系统的模型不确定性以及外部扰动影响的优点,又克服了量化饱和的限制要求。最后通过一个仿真例子进一步验证了本章所提方法的有效性与优越性。在第六章中,针对一类在执行机构中存在非光滑非线性的不确定系统,提出了基于滑模变结构控制技术的量化输出反馈控制方案。假定系统的输入输出信号和动态补偿器的估计状态信号在通过数字通道传输之前已被量化。首先设计一个动态补偿器用于估计系统的不可测状态,进而利用系统的输出以及设计的动态补偿器的状态构造滑模面。然后提出一个带有量化参数静态调节策略的自适应滑模变结构量化反馈控制策略。并且理论证明设计方法能够克服模型不确定性以及输入非线性的影响,保证系统轨迹能够收敛到指定的滑模面上。最后将所提方法应用到一个飞机模型进行仿真验证了所提方法的有效性。第七章考虑了一类线性多输入系统的量化反馈变结构控制设计器问题。与第三章、第四章中研究相比,研究对象从仅包含匹配不确定性的单输入线性系统推广到包括匹配/非匹配不确定性的多输入线性系统