基于输出反馈和滑模控制的一类二阶非线性系统 有限时间镇定方法

本文研究了一类具有不确定非线性动力学和未知外部扰动的二阶非线性系统的全局有限时间输出镇定问 题. 首先, 提出了一种全局状态反馈有限时间控制器, 实现了二阶非线性系统的有限时间镇定. 为了解决只有系统输 出可用这种更有挑战性的情况, 采用了一种新颖的设计思想, 即非分离原理. 构造了一个有限时间收敛的状态观测 器来估计未知状态. 在此观测器的基础上, 提出了一种基于输出的有限时间复合控制器. 基于李雅普诺夫方法, 证明 了整个闭环系统的全局有限时间稳定性. 仿真结果表明了理论的有效性.     

时变时滞连续切换奇异系统的一致有限时间稳定分析

讨论一类含有时变时滞的连续时间切换奇异系统的一致有限时间稳定、有限时间有界和状态反馈镇定问题. 在给定任意的切换规则下, 运用多Lyapunov 函数和平均驻留时间方法设计使得闭环系统一致有限时间稳定和有限时间有界的状态反馈控制器, 同时给出基于线性矩阵不等式表示的控制器存在的充分条件. 最后通过数值算例表明了所提出方法的合理性和有效性.

     

一类非线性系统的动态反馈有限时间饱和镇定

本文针对一类作线性系统在输入饱和下的有限时间动态反馈镇定问题进行了讨论,提出了一种切换控制策略.通过有限次切换将复杂非线性系统分成不同的简单子系统,使得在每一步切换控制中,状态收敛到所给位置或平衡位置的时间是有限的,且每步的控制器均满足饱和条件.最后给出了一个例子并设计了其有限时间饱和镇定控制器,仿真实验验证了所设计控制器的有效性.     

输入饱和下的非线性积分系统的全局有限时间镇定

针对一类非线性积分系统, 利用有限时间控制技术, 提出了一种输入饱和情况下的全局有限时间控制方案. 首先, 基于有限时间 Lyapunov 稳定性理论, 设计镇定系统的全局有限时间递归控制器. 然后,将该递归控制器与饱和函数结合得到饱和控制器. 数学上严格证明了在该饱和控制器的作用下, 闭环系统满足全局有限时间稳定性. 仿真结果验证了该方法的有效性.     

一类不确定非线性系统的停息时间可调的有限时间镇定

研究了一类带有零动态不确定非线性系统有限时间镇定问题, 给出了具有更强实用性的停息时间可调的有限时间稳定控制设计方法. 基于有限时间稳定的Lyapunov理论和反推技术, 给出了停息时间可调有限时间稳定控制器的设计步骤. 所设计的状态反馈控制器使得闭环系统全局有限时间稳定, 且停息时间可调整, 特别是当系统初始值已知时, 停息时间可以任意调节. 仿真例子验证了本文的主要结论.     

一类受约束非线性系统的有限时间优化镇定

优化控制方法可以考虑系统性能和节省能源,但是不能给出初始稳定区域的描述.本文阐述的优化控制方法可以给出初始稳定区域的描述,使得约束非线性系统有限时间稳定.首先设计有限时间优化控制器使得系统的状态在有限时间内进入初始稳定区域,同时优化目标函数,系统实现性能最优和消耗最小.进而设计有限时间鲁棒镇定控制器使得系统的状态在有限时间内收敛到原点. Lyapunov函数分析方法给出了吸引域的估计,并确保在不同状态下,设计的控制器使得闭环系统有限时间稳定.最后给出了一个仿真实例验证算法的有效性.     

随机马尔科夫跳跃系统有限时间控制

研究了转移概率部分信息未知的随机马尔科夫跳跃系统的有限时间控制问题.首先,介绍了有限时间随机稳定性与随机镇定性的概念;然后,利用矩阵变换、数学期望以及Gronwall不等式等方法,给出了系统为有限时间随机稳定的判定准则.利用上述结果,得出了系统状态输出反馈随机镇定的充分条件;进一步,考虑到实际工程中系统状态的不完全可测性,给出了保证系统有限时间随机镇定的动态输出反馈控制器设计方式,并求得了此控制器存在的判定条件.最后,用一个数值算例说明了控制器设计方法的有效性.     

带有随机时延的非线性网络控制系统的输出反馈镇定

考虑了一类非线性网络控制系统的输出反馈镇定问题.通过齐次马尔可夫链来描述采样器-控制器和控制器.执行器的时延,将网络控制系统建模为带跳非线性系统.利用Lyapunov方法和线性矩阵小等式技巧,得到了闭环系统随机稳定的充分条件,并给出了镇定控制器的设计方法.     

角速度约束下的刚体飞行器鲁棒有限时间姿态镇定

针对角速度状态受限条件下的刚体飞行器姿态镇定控制问题,提出一种基于扰动观测器的时变状态增益有限时间姿态控制方法.针对基于修正型罗德里格斯参数(MRPs)描述的刚体飞行器姿态控制模型,首先,利用齐次性理论并充分考虑到系统的模型结构特点,设计一种带有角速度约束项的有限时间姿态控制器,使得系统有限时间镇定;其次,在初始状态满足受限条件的情况下,角速度在任意时刻都可以被约束在期望的范围内;然后,针对存在外部干扰的姿态环动力学系统,提出一种带扰动估计补偿的复合有限时间姿态镇定控制器;最后,通过与其他两种控制方法的仿真比较,验证了所提出控制方案的有效性和优越性.     

带乘性噪声的非齐次Markov跳跃系统有限时间稳定性

研究一类带乘性噪声的离散时间非齐次随机Markov跳跃系统的有限时间稳定性,该系统的转移概率矩阵不是常矩阵而是区间矩阵.在区间矩阵紧性的假设下,将其表示为随机矩阵的凸组合.首先,给出系统有限时间稳定的充分必要条件;其次,利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技术得到系统有限时间稳定的充分条件,并用于设计有限时间状态反馈镇定控制器;最后,通过仿真算例说明所提出方法的有效性.     

Finite-time output feedback stabilization of high-order uncertain nonlinear systems

This paper studies the problem of finite-time output feedback stabilization for a class of high-order nonlinear systems with the unknown output function and control coefficients. Under the weaker assumption that output function is only continuous, by using homogeneous domination method together with adding a power integrator method, introducing a new analysis method, the maximal open sector Ω of output function is given. As long as output function belongs to any closed sector included in Ω, an output feedback controller can be developed to guarantee global finite-time stability of the closed-loop system.     

具有未知输出函数的非线性系统全局输出反馈控制

研究了一类具有未知输出函数的非线性系统全局输出反馈控制问题．由于输出函数未知,传统的观测器将无法实现．为解决这个问题,首先设计了一个与输出函数无关的状态补偿器,使得标称线性系统全局渐近稳定．然后,应用齐次控制方法通过适当选择增益参数,使得不确定非线性系统在有限时间内全局渐近稳定．数值算例表明该算法的有效性．     

Global finite-time output feedback stabilisation for a class of uncertain nontriangular nonlinear systems

This article addresses the problem of global finite-time output feedback stabilisation for a class of nonlinear systems in nontriangular form with an unknown output function. Since the output function is not precisely known, traditional observers based on the output is not implementable. We first design a state observer and use the observer states to construct a controller to globally stabilise the nominal system without the perturbing nonlinearities. Then, we apply the homogeneous domination approach to design a scaled homogeneous observer and controller with an appropriate choice of gain to render the nonlinear system globally finite-time stable.     

Global finite-time stabilisation by output feedback for a class of uncertain nonlinear systems

This article considers the problem of global finite-time stabilisation by output feedback for a class of nonlinear systems comprised of a chain of power integrators perturbed by an uncertain vector field. To solve the problem, we first construct a homogeneous observer and controller in a recursive way for the nominal system without the perturbing nonlinearities. Then, using the homogeneous domination approach, we scale the homogeneous observer and controller with an appropriate choice of gain to render the uncertain nonlinear system globally finite-time stable. Due to the use of a reduced-order observer, the proposed output feedback controller is applicable to those systems with unknown gains associated with the power integrators.     

一类扩展结构大系统的分散有限时间鲁棒关联镇定

研究一类扩展结构大系统分散有限时间鲁棒关联镇定问题. 扩展结构大系统是在原结构系统上增加新子系统而构成的, 在原系统分散控制律确定不变的情况下, 设计新加入子系统的鲁棒分散控制律, 使扩展后的系统仍能保持有限时间关联稳定. 利用LMI 方法推导此类系统基于状态反馈和输出反馈的分散有限时间关联镇定的充分条件, 并给出扩展子系统的相应控制器的设计方法. 最后通过仿真实验表明了所提出方法的可行性和有效性.

     

Global state control for a class of inherently higher‐order parameterized nonlinear time‐delay systems based on homogeneous domination approach

This paper addresses the problem of global state feedback stabilization for a class of inherently higher‐order parameterized nonlinear systems subject to time delay. By using the homogeneous domination approach, we construct a homogeneous state feedback controller with an adaptive strategy. A constructive design method is developed based an effective coupling of the inductive method and a sign function, leading to adaptive regulators with minimal parameterization. With the aid of a homogeneous Lyapunov‐Krasovskii functional, the closed‐loop systems can be asymptotically stabilized globally.     

Adaptive finite-time stabilisation of high-order uncertain nonlinear systems

This paper studies the problem of finite-time stabilisation of more general high-order nonlinear systems with dynamic and parametric uncertainties. By characterising the unmeasured dynamic uncertainty with finite-time input-to-state stability (FTISS), skillfully combining Lyapunov function, sign function, backstepping, adaptive control and FTISS approaches, and using finite-time stability theory, an adaptive state feedback controller is designed to guarantee high-order uncertain nonlinear systems globally finite-time stable.