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基于非线性高增益扰动观测器的控制系统设计

作　者: 程毅
导　师: 谢巍
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 非线性扰动观测器高增益非线性外部干扰李雅普诺夫稳定性理论分离原理
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 96次
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内容摘要

实际控制系统都会受到外部干扰的影响,如何有效地抑制控制系统中的存在的外部扰动对控制性能的影响成为一个有意义的研究课题。在过去二十多年的时间里,对于线性扰动观测器的理论研究引起了不少学者的兴趣,目前对线性系统的扰动观测器的研究比较深入,其中最具代表性的是经典扰动观测器控制结构。这种观测器成为高速和高精度控制系统检测外部干扰的有效工具,扰动观测器控制方法被广泛应用到工业当中,尤其是机电系统。由于非线性特性普遍存在于控制系统中,对于非线性系统的扰动观测器的研究十分必要。目前相比于线性扰动观测器的理论研究而言,对于非线性扰动观测器的研究刚起步。本文提出了基于非线性高增益扰动观测器的非线性系统控制方法。该方法采用了将扰动观测器的设计和非线性控制系统的控制器的设计分离开来的两个灵活设计步骤。这个设计方法的成功应用取决于两个关键的条件:设计一个可以收敛的扰动观测器;然后要保证由扰动观测器和非线性控制器组成的组合闭环控制对象的稳定性。首先针对非线性系统存在非线性外部扰动,提出非线性高增益扰动观测器的设计方法。在非线性外部系统满足一定条件下,可以运用李雅普诺夫稳定性理论证明观测器是全局指数稳定。其次,在非线性控制系统没有外部扰动的理想情况下设计控制器使系统能够全局渐近稳定。然后,我们可以证明在扰动观测器以及非线性控制系统分别满足上述稳定性条件下,闭环控制系统满足分离原理。最后,针对一种双连杆的机械手臂的非线性控制系统,进行了仿真研究,验证了基于该非线性高增益扰动观测器的控制方法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 课题的研究意义  11
  1.3 课题的研究现状  11-13
  1.4 课题的研究目的  13
  1.5 论文的主要内容  13-15
第二章数学基础  15-22
  2.1 非线性概念  15-18
  2.2 引理介绍  18-19
  2.3 李雅普诺夫理论基础  19-21
  2.4 本章小节  21-22
第三章扰动观测器分析  22-32
  3.1 线性扰动观测器结构  22-27
  3.2 非线性扰动观测器  27-30
  3.3 本章小结  30-32
第四章基于非线性高增益扰动观测器的控制结构  32-42
  4.1 非线性高增益外部干扰观测器的设计  32-35
  4.2 扰动观测器的性能分析  35-37
  4.3 综合控制器设计  37-41
  4.4 本章小结  41-42
第五章基于双连杆机器人手臂控制的仿真  42-50
  5.1 引言  42-43
  5.2 控制器设计  43-44
  5.3 非线性高增益干扰观测器设计  44-45
  5.4 MATLAB 仿真  45-48
  5.5 本章小结  48-50
结论  50-51
参考文献  51-54
攻读硕士学位期间取得的研究成果  54-55
致谢  55

基于非线性高增益扰动观测器的控制系统设计

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