切換系統(tǒng)直接自適應(yīng)控制方法的研究

切換系統(tǒng)直接自適應(yīng)控制方法的研究作為一類重要的混雜系統(tǒng),切換系統(tǒng)由多個模態(tài)和切換信號構(gòu)成。切換系統(tǒng)有著廣泛的實際應(yīng)用背景,近些年來涌現(xiàn)了大量的研究成果。目前,大部分的研究工作主要是針對確定性切換系統(tǒng)。由于參數(shù)的不確定性在實際系統(tǒng)中普遍存在,切換系統(tǒng)自適應(yīng)控制的研究受到越來越多的關(guān)注,逐步成為控制領(lǐng)域的研究熱點之一。然而,未知參數(shù)的存在使常規(guī)的切換系統(tǒng)分析和設(shè)計方法難以應(yīng)用,切換信號的存在更增加了分析和設(shè)計的難度。如何將未知參數(shù)納入切換系統(tǒng)Lyapunov函數(shù)的構(gòu)造中,如何消除切換信號帶來的影響,以及如何將切換信號為我所用,進行切換信號和控制器的雙重的設(shè)計,這些都是切換系統(tǒng)研究中亟待解決的問題,目前尚缺乏系統(tǒng)、有效的方法,結(jié)果也十分有限。本文針對幾類含有線性未知參數(shù)的不確定切換系統(tǒng),研究直接自適應(yīng)控制問題。在給出切換系統(tǒng)部分穩(wěn)定性和超穩(wěn)定性充分條件的基礎(chǔ)上,分別在Lyapunov框架和超穩(wěn)定性框架下給出切換系統(tǒng)自適應(yīng)控制器的設(shè)計方案和設(shè)計步驟,研究任意切換和設(shè)計切換下的自適應(yīng)控制問題。進而,將這些方法的思想應(yīng)用到切換機械臂模型,為其設(shè)計自適應(yīng)跟蹤控制器,研究了自適應(yīng)摩擦補償和擾動抑制問題。最后,為了提升切換系統(tǒng)自適應(yīng)控制器的性能,提出切換系統(tǒng)的有限時間參數(shù)估計器,利用估計真值重置控制參數(shù)的方法大大縮短了暫態(tài)過程。本文主要工作包括如下幾部分：1.研究了一般非線性切換系統(tǒng)部分穩(wěn)定性。對于給定的切換信號,利用多Lyapunov函數(shù)給出了切換系統(tǒng)部分穩(wěn)定性的充分條件。作為一種特殊情況,當(dāng)所研究的部分狀態(tài)為所有狀態(tài)分量時,此結(jié)果就等同于多Lyapunov函數(shù)法。2.研究了具有線性未知參數(shù)的非線性切換系統(tǒng)的模型參考自適應(yīng)控制問題。給出了任意切換下,漸近跟蹤自適應(yīng)控制器的設(shè)計方法。用Lyapunov方法和分段適應(yīng)律證明了系統(tǒng)信號的有界性和跟蹤誤差的收斂性。不要求子系統(tǒng)的差異有限和輸入信號持續(xù)激勵(PE)的條件,并能保證跟蹤誤差收斂到零。3.對子系統(tǒng)均不存在鎮(zhèn)定控制器的切換系統(tǒng),研究了自適應(yīng)鎮(zhèn)定問題。利用多Lyapunov函數(shù)和最大最小切換方法給出了控制器、切換律和適應(yīng)律,保證了系統(tǒng)信號的有界性和狀態(tài)的收斂性。4.借助交互供給率的概念,給出了任意切換下切換系統(tǒng)超穩(wěn)定性的充分條件,還給出了子系統(tǒng)都不滿足正實條件時,使系統(tǒng)達到超穩(wěn)定性的切換律設(shè)計條件和方法。并且,利用所得的結(jié)果為線性切換系統(tǒng)設(shè)計了模型參考自適應(yīng)控制器。5.針對負載切變的機械臂建立了的切換的系統(tǒng)模型并先后為其設(shè)計了自適應(yīng)摩擦補償跟蹤控制器和自適應(yīng)H∞跟蹤控制器。仿真驗證了用切換模型設(shè)計的控制器相對于用非切換模型設(shè)計的傳統(tǒng)自適應(yīng)控制器的優(yōu)越性。6.針對切換自適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計了有限時間參數(shù)辨識器,分析了該真值在擾動作用下的精度；給出了無激勵條件時估計器的適應(yīng)律形式,并分析了其