非完整系統(tǒng)跟蹤控制研究.pdf

1、非完整系統(tǒng)是帶有非完整約束的非線性系統(tǒng)，它代表了一大類的機械系統(tǒng)。由于非完整約束的存在，該類系統(tǒng)的控制問題既不能用線性系統(tǒng)理論來解決，也不能用常規(guī)的非線性系統(tǒng)理論來處理。研究非完整系統(tǒng)的控制問題具有重要的理論價值和實際意義。 本文在介紹了非完整系統(tǒng)有關背景知識、研究現(xiàn)狀和一般研究方法的基礎上，重點研究了非完整系統(tǒng)的跟蹤控制問題。主要工作有以下四個部分： 一、鏈式非完整系統(tǒng)全局狀態(tài)反饋跟蹤控制律的研究 在被跟蹤目標

2、系統(tǒng)可以指數(shù)收斂的情況下，研究了鏈式非完整系統(tǒng)的跟蹤控制問題。首先，利用時變坐標變換從指數(shù)收斂于零的信號中提取出不趨于零的部分；然后，利用非自治級聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，將一個復雜系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題轉(zhuǎn)化為兩個簡單子系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題，最終得到了全局к指數(shù)收斂的跟蹤控制律。該控制律不僅適用于參考信號指數(shù)收斂于零時的跟蹤控制問題，也適用于已有文獻所討論的普通情況(參考軌跡為直線或者圓)下的跟蹤控制問題。理論結(jié)果和數(shù)值仿真表明，已有文獻對于參考信號所附加的

3、持續(xù)激勵條件或者不趨于零的條件是不必要的。 二、鏈式非完整系統(tǒng)全局輸出反饋跟蹤控制律的研究 由于實際系統(tǒng)中并不是所有的狀態(tài)均可通過測量得到，本文進一步討論了鏈式非完整系統(tǒng)基于輸出反饋的跟蹤控制問題。利用基于參考信號的時變坐標變換和非自治級聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，得到了的全局к指數(shù)收斂的跟蹤控制律。理論結(jié)果和數(shù)值仿真表明，非完整鏈式系統(tǒng)可以用輸出信號進行全局к指數(shù)跟蹤，同時在其輸出反饋跟蹤問題的研究中，已有文獻對被跟蹤目標系統(tǒng)所

4、施加的持續(xù)激勵條件和不趨于零的條件仍然是不必要的。 三、鏈式非完整系統(tǒng)基于線性矩陣不等式的全局反饋跟蹤控制律的研究 在狀態(tài)反饋跟蹤控制律和輸出反饋跟蹤控制律的基礎上，本文繼續(xù)放松參考信號所滿足的假設條件，即將參考信號中不趨于零的部分必須趨于常數(shù)的要求放寬為該部分在一有界區(qū)間中變化。除運用前述的時變坐標變換和非自治級聯(lián)系統(tǒng)的控制方法外，線性矩陣不等式(LMI)等工具也被引入到級聯(lián)子系統(tǒng)鎮(zhèn)定控制律的設計中。理論結(jié)果和數(shù)值仿真

5、表明，在非完整鏈式系統(tǒng)跟蹤控制問題的研究中，參考信號所滿足的持續(xù)激勵條件、不趨于零的條件以及趨于常數(shù)的條件都是不必要的。 四、一般非完整動力學系統(tǒng)跟蹤控制律的研究 將鏈式非完整系統(tǒng)跟蹤控制問題的相關結(jié)果推廣到了一般非完整動力學系統(tǒng)。該系統(tǒng)既考慮了運動學情況也考慮了動力學情況，涵蓋了鏈式系統(tǒng)、冪式系統(tǒng)、擴展鏈式系統(tǒng)、擴展冪式系統(tǒng)以及部分的欠驅(qū)動系統(tǒng)等等。在被跟蹤目標系統(tǒng)指數(shù)收斂的情況下，利用基于最小膨脹度(MDD)的時變坐