不確定系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制研究

不確定系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制研究在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的輸出信號通常是以無損的方式直接傳送到系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),這個過程不存在數(shù)據(jù)缺失或數(shù)據(jù)近似等現(xiàn)象。在現(xiàn)代控制技術(shù)迅速發(fā)展的今天,由于數(shù)字信號處理設(shè)施在系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,需要模擬信號與數(shù)字信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。在這種情況下,做不到以任意高的精度進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換。此外,由于信道的傳輸能力有限,數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理來降低數(shù)據(jù)包的大小,然后再進(jìn)行傳輸。信號量化問題已成為這些方面的重要研究課題之一。另一方面,由于系統(tǒng)模型建立之時往往忽略了模型不確定性以及外部擾動的影響,系統(tǒng)的魯棒性問題也需要在控制理論研究中充分考慮,而變結(jié)構(gòu)控制是處理模型不確定性以及外部擾動的一種很好的魯棒技術(shù)。本論文針對變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計中的量化問題展開研究。結(jié)合構(gòu)造的量化參數(shù)的靜態(tài)調(diào)節(jié)策略,提出一套量化反饋變結(jié)構(gòu)控制方案。針對單輸入線性不確定系統(tǒng),提出了一種動態(tài)量化器量化參數(shù)的靜態(tài)調(diào)節(jié)方案,并給出量化反饋變結(jié)構(gòu)控制到達(dá)控制律的設(shè)計。與已有的結(jié)果相比,本文的方法能獲得更好地收斂性能且便于工程應(yīng)用;基于滑動扇區(qū)方法,提出的帶有量化參數(shù)靜態(tài)調(diào)節(jié)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制策略能夠有效避免抖振發(fā)生并實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)二次鎮(zhèn)定；引入切換機(jī)制,提出了一種線性平面不確定系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計方法,該方法能夠有效地克服系統(tǒng)模型不確定性的影響并滿足量化飽和的限制；針對一類含輸入非線性的不確定系統(tǒng),通過結(jié)合量化參數(shù)的調(diào)節(jié),設(shè)計的量化輸出反饋變結(jié)構(gòu)控制器能夠保證系統(tǒng)軌跡漸近收斂到指定的滑模面上,實現(xiàn)系統(tǒng)魯棒鎮(zhèn)定；最后,在上述研究的基礎(chǔ)上,將結(jié)果進(jìn)一步推廣到一類帶有匹配／非匹配不確定性的多輸入系統(tǒng)上。文中的主要結(jié)果均給出了相應(yīng)的仿真例子進(jìn)行了驗證,并將部分研究成果應(yīng)用于飛機(jī)模型仿真研究中。全文分為八章,每一章的主要內(nèi)容如下：第一、二章系統(tǒng)地分析和總結(jié)了量化控制與變結(jié)構(gòu)控制研究領(lǐng)域的背景和發(fā)展現(xiàn)狀,并給出了與本文相關(guān)的一些預(yù)備知識。第三章基于滑模變結(jié)構(gòu)控制策略,我們研究了一類單輸入線性不確定系統(tǒng)的魯棒量化反饋鎮(zhèn)定問題。假定系統(tǒng)的狀態(tài)信號以及輸入信號在經(jīng)數(shù)字通訊通道傳輸之前被量化。對于采用的動態(tài)量化器,給出可調(diào)量化參數(shù)的一個靜態(tài)調(diào)節(jié)策略。通過結(jié)合量化參數(shù)的調(diào)節(jié),設(shè)計的滑模變結(jié)構(gòu)控制方案能夠確保系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)并保持在期望的滑模面上,改進(jìn)已有成果僅能保證狀態(tài)軌跡到達(dá)切換面附近而獲得實際穩(wěn)定的效果。仿真算例進(jìn)一步驗證了所提方法的有效性。在第三章的基礎(chǔ)上,第四章進(jìn)一步考慮了一種基于滑動扇區(qū)技術(shù)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計方法。首先提出了一種與滑動扇區(qū)相關(guān)的量化參數(shù)調(diào)節(jié)方案。然后設(shè)計量化反饋變結(jié)構(gòu)控制律保證了系統(tǒng)軌跡由滑動扇區(qū)外進(jìn)入滑動扇區(qū)的內(nèi)扇區(qū),實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的二次穩(wěn)定而不發(fā)生抖振現(xiàn)象。最后通過給出的仿真算例進(jìn)一步驗證了所提方法的有效性。第五章研究了帶有量化飽和限制的平面系統(tǒng)的量化反饋鎮(zhèn)定問題,給出了一種新的基于切換方法的滑模變結(jié)構(gòu)量化反饋控制器設(shè)計方法。首先,通過引入切換線s1(x)=0與s2(x)=0,給出一個由扇形區(qū)域構(gòu)成的平面空間的劃分,然后在每個劃分區(qū)間給出量化參數(shù)的調(diào)節(jié)策略。通過結(jié)合量化參數(shù)的調(diào)節(jié),提出的滑模變結(jié)構(gòu)量化反饋控制器能夠保證狀態(tài)軌跡到達(dá)期望的切換線s0(x)=0,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的全局魯棒鎮(zhèn)定。這樣的設(shè)計方法既充分利用了變結(jié)構(gòu)控制能有效地克服系統(tǒng)的模型不確定性以及外部擾動影響的優(yōu)點,又克服了量化飽和的限制要求。最后通過一個仿真例子進(jìn)一步驗證了本章所提方法的有效性與優(yōu)越性。在第六章中,針對一類在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中存在非光滑非線性的不確定系統(tǒng),提出了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的量化輸出反饋控制方案。假定系統(tǒng)的輸入輸出信號和動態(tài)補(bǔ)償器的估計狀態(tài)信號在通過數(shù)字通道傳輸之前已被量化。首先設(shè)計一個動態(tài)補(bǔ)償器用于估計系統(tǒng)的不可測狀態(tài),進(jìn)而利用系統(tǒng)的輸出以及設(shè)計的動態(tài)補(bǔ)償器的狀態(tài)構(gòu)造滑模面。然后提出一個帶有量化參數(shù)靜態(tài)調(diào)節(jié)策略的自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu)量化反饋控制策略。并且理論證明設(shè)計方法能夠克服模型不確定性以及輸入非線性的影響,保證系統(tǒng)軌跡能夠收斂到指定的滑模面上。最后將所提方法應(yīng)用到一個飛機(jī)模型進(jìn)行仿真驗證了所提方法的有效性。第七章考慮了一類線性多輸入系統(tǒng)的量化反饋變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計器問題。與第三章、第四章中研究相比,研究對象從僅包含匹配不確定性的單輸入線性系統(tǒng)推廣到包括匹配/非匹配不確定性的多輸入線性系統(tǒng)