有限时间控制问题综述

有限时间控制系统因具有良好的鲁棒性能和抗扰动性能而受到广泛关注.首先,回顾了有限时间控制方法的起源,并列举了有限时间控制系统的几种常用判据;然后,总结了有限时间控制系统的研究现状;最后,讨论了未来可能的研究方向.  

一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定方法

针对一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定问题进行了讨论. 给出了三种基于连续状态反馈的全局有限时间状态反馈镇定方法. 首先，利用非线性齐次系统性质，设计出一种状态反馈控制器，使得闭环系统渐近稳定并且具有负的齐次度；其次，基于有限时间Lyapunov函数的反步构造法，给出了一种有限时间控制器；最后，利用非奇异终端滑模控制技术，得到了一种使闭环系统有限时间收敛到平衡点的反馈镇定控制器. 仿真结果表明了这些方法的有效性.  

一类新的二阶滑模控制方法及其在倒立摆控制中的应用

二阶滑模作为高阶滑模的特殊情形, 不仅具有传统滑模鲁棒性强、对外界干扰不敏感的特点, 而且能够有效地消弱传统一阶滑模中存在的"抖振"现象. 本文设计了一种新的二阶滑模控制算法. 该算法的优点是假设不确定性是由非负函数限制而不是由常数限定. 因此, 该算法在实际应用中具有更广的应用范围. 此外, 算法中的加幂积分技术保证了系统在有限时间内稳定, 而不是传统二阶滑模中普遍存在的有限时间收敛, 并给出了严格的数学证明. 最后, 在倒立摆控制中的应用验证了该算法的有效性.  

基于扰动观测器和有限时间控制的永磁同步电机调速系统

针对采用矢量控制的永磁同步电机调速系统提出一种复合控制方法:首先用扰动观测器观测出系统中由于模型参数变化,负载改变等产生的扰动,并用此观测值作为前馈量补偿到输入端;然后运用有限时间控制方法设计系统前向通道中的反馈控制器;最后给出了控制器参数与速度误差收敛性能之间的数学关系.仿真表明,基于扰动观测器的有限时间控制具有更好的抗扰动性能和更优越的收敛性能.  

一类连续级联系统的全局一致稳定性

针对一类非线性连续级联系统, 利用齐次系统的齐次性质给出了其全局一致稳定性分析结果. 假设级联系统中的驱动子系统和被驱动子系统分别满足全局一致渐近稳定且满足一定的齐次度, 若级联项也满足一给定齐次不等式, 则整个非线性级联系统为全局一致渐近稳定的. 若驱动子系统和被驱动子系统都具有负的齐次度, 则该非线性级联系统为全局一致有限时间稳定的. 与传统的ISS假设或级联项增长假设相比, 文中方法所给的齐次不等式条件更容易验证. 且文中方法不仅适用于Lipschitz连续的系统, 而且适用于非Lipschitz连续的系统. 两个例子验证了该方法的有效性.  

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.  

滑动变量受限情况下的二阶滑模控制设计

在实际系统中状态受限普遍存在,因此考虑状态受限下的控制设计问题具有重要的理论意义和工程价值.本文考虑了滑动变量受限情况下的二阶滑模控制设计问题.首先,在不考虑滑动变量受限的情况下,基于Lyapunov方法,给出了一种新的二阶滑模控制器构造方法,并严格证明了在该控制器的作用下滑动变量将在有限时间内稳定到平衡点.其次,考虑滑动变量受限情况,证明了在受限区域内存在一个与控制参数相关的吸引域,使得当初始状态在该吸引域内时其相轨迹不会逃离它.最后,状态受限情况下倒立摆系统的控制设计验证了该算法的有效性.  

非Lipschitz连续级联系统的稳定性分析及其应用

当考虑级联系统稳定性时,一般都需要系统满足局部或者全局Lipschitz连续性条件.与已有文献中的结果不同,本文给出了一种处理满足非Lipschitz连续条件下级联系统的稳定性分析方法.首先,基于积分输入状态稳定的定义,给出了级联系统全局稳定的Lyapunov形式条件.基于此,继续讨论了非Lipschitz连续情况下级联系统的有限时间稳定性.然后,利用上述稳定性分析结果,讨论了一类驱动子系统具有上三角结构的级联系统的控制设计问题.最后,给出几个例子验证了上述结果的有效性.  

输入饱和情况下农用拖拉机的直线导航控制

本文以农用拖拉机为研究对象, 提出了一种基于饱和方法的直线路径跟踪导航算法. 该算法可以为农用拖拉机导航中普遍存在的输入饱和控制问题提供一种有效的解决办法. 首先, 基于直线导航系统运动学模型, 将其线性化得到易于控制设计的线性系统模型. 其次, 设计非饱和控制器, 使得系统在该非饱和控制器作用下全局镇定. 最后, 结合饱和函数和非饱和控制器, 构造出饱和控制器, 并证明在该饱和控制器作用下系统全局渐近稳定. 该控制方案的优点在于: 控制器结构较为简单, 且饱和控制器中从外到内的饱和度并不需要按照递减顺序选取, 从而提高了闭环系统的收敛性能. 仿真结果验证了上述方法的有效性.