本文關鍵詞：非完整與欠驅動系統(tǒng)的鎮(zhèn)定與跟蹤控制研究

  更多相關文章： 非完整系統(tǒng) 欠驅動吊車 欠驅動水面船舶 鎮(zhèn)定控制 軌跡跟蹤控制 反步遞推法 級聯(lián)控制法 微分平坦法 自適應控制 切換控制方法

【摘要】：非完整系統(tǒng)和欠驅動系統(tǒng)廣泛存在于實際工程中,輪式移動機器人是典型的非完整系統(tǒng);橋式吊車、倒立擺和水面船舶為典型的欠驅動系統(tǒng).由于這兩類系統(tǒng)的運動分別受到速度和加速度非完整約束的影響,從而限制了一般非線性控制方法的應用.因此,研究非完整與欠驅動系統(tǒng)具有重要的理論意義和實際應用價值,特別有助于推動非線性系統(tǒng)控制理論的發(fā)展.受已有文獻成果的啟發(fā),本文考慮的系統(tǒng)包括具有一階速度約束的非完整系統(tǒng)和二階加速度約束的欠驅動吊車、欠驅動水面船舶系統(tǒng),并基于反步遞推算法、級聯(lián)控制方法、微分平坦方法、有限時間控制方法以及非線性時變方法等,研究了這三類系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和跟蹤控制問題.本文主要研究內容可歸結為如下六個方面:一、針對一類具有參數(shù)不確定的隨機非完整系統(tǒng),研究其動力學系統(tǒng)建模和軌跡跟蹤控制問題.在設計跟蹤控制器之前,首先利用拉格朗日法則建立了隨機激勵下的非完整系統(tǒng)動力學模型.然后通過合理地引入內部狀態(tài)向量,提出了一類降階動態(tài)系統(tǒng),并為其設計了自適應跟蹤控制策略,保證了閉環(huán)軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)是均方指數(shù)實用穩(wěn)定的.最后通過對光滑水平面隨機振蕩下的滾輪系統(tǒng)建模和仿真,驗證了所提方法的良好控制性能.二、針對一類仿射約束和干擾下的非完整系統(tǒng),研究其動力學模型建模和運動/力跟蹤控制問題.借助拉格朗日建模法,簡潔地闡述了系統(tǒng)動力學模型的推導過程.通過引入非線性狀態(tài)變換,將系統(tǒng)運動學約束方程嵌入到動力學方程,得到了具有實際意義的降階動態(tài)系統(tǒng).基于級聯(lián)和濾波控制理論,分別設計了控制器,實現(xiàn)了系統(tǒng)的漸近鎮(zhèn)定和軌跡漸近跟蹤控制.同時,在上述兩個控制問題中,拉格朗日乘子跟蹤誤差始終保持在一個有界域內.仿真實例驗證了控制算法的有效性.三、針對定繩長和變繩長二維欠驅動橋式吊車,研究其有限時間定位和反擺控制問題.通過構造微分平坦輸出,將吊車系統(tǒng)轉化成線性系統(tǒng),并設計了有限時間控制算法.所設計的控制律能使得臺車有限時間內快速準確地運行到目標位置,同時能夠有效抑制并消除負載擺角.另外,在變繩長吊車實現(xiàn)有限時間定位和防擺目標后,進一步設計了一種基于障礙函數(shù)的跟蹤控制器,保證了吊繩長度能快速準確地跟蹤到設定軌跡.四、研究軌道長度受限下的多負載二維欠驅動橋式吊車的自適應定位消擺控制問題.利用拉格朗日方法建立多負載欠驅動吊車模型.通過結合系統(tǒng)儲能函數(shù)、能量整形以及障礙函數(shù),提出一種自適應定位消擺控制算法.利用李亞普諾夫方法對其性能進行嚴格的數(shù)學分析,證明了控制器能將臺車快速準確地運行到目標位置并充分抑制和消除負載擺角;與此同時,在整個控制過程中將臺車始終控制在設定界內.仿真結果表明了所提控制策略的有效性和魯棒性.五、針對慣性矩陣和阻尼矩陣是非對角矩陣情況下的欠驅動水面船舶,研究其切換鎮(zhèn)定控制器設計問題.文中使用狀態(tài)和輸入變換將原系統(tǒng)轉化為具有兩個子系統(tǒng)的級聯(lián)形式.證明了變換后的級聯(lián)系統(tǒng)是全局漸近收斂的當且僅當其第二個子系統(tǒng)是全局漸近收斂的.對第二個子系統(tǒng),借助有限時間控制技術,提出了切換鎮(zhèn)定控制器,進而實現(xiàn)了原系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制.最后,對不依賴于初始值的有限切換時刻的選取方法也進行了詳細的說明.六、繼續(xù)針對慣性矩陣和阻尼矩陣是非對角矩陣情況下的欠驅動水面船舶,研究其光滑時變鎮(zhèn)定控制和軌跡跟蹤控制問題.針對鎮(zhèn)定問題,利用狀態(tài)和輸入變換,得到一個與原系統(tǒng)等價的級聯(lián)系統(tǒng).運用反步法和非線性時變技術設計光滑時變鎮(zhèn)定控制律,使得閉環(huán)級聯(lián)系統(tǒng)是全局一致收斂的.在跟蹤控制問題中,對跟蹤模型引入類似的狀態(tài)和輸入變換,進而能構造出級聯(lián)跟蹤誤差系統(tǒng).使用反步法提出了一種軌跡跟蹤控制算法,保證了閉環(huán)軌跡跟蹤誤差系統(tǒng)是全局指數(shù)收斂的.仿真驗證了所提方法的有效性和魯棒性.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳玉國,黃筱調;機電跟蹤控制技術[J];機械與電子;1996年06期

2 李偉;馮博;;一類帶有監(jiān)控器的自適應模糊神經(jīng)網(wǎng)絡機器人跟蹤控制[J];科學技術與工程;2012年34期

3 俞輝;蹇繼貴;吳正平;;異構智能群體跟蹤控制[J];華中科技大學學報(自然科學版);2008年08期

4 金國鋒;上電次序控制和上電跟蹤控制的實現(xiàn)[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2004年03期

5 鄧長輝;王福利;王姝;桑海峰;陸陽;;一類時滯系統(tǒng)的模糊跟蹤控制及其仿真[J];系統(tǒng)仿真學報;2006年01期

6 陳興林;王心怡;;望遠鏡影像穩(wěn)定系統(tǒng)的H_∞魯棒跟蹤控制[J];控制工程;2008年04期

7 曾小凌;定長飛剪系統(tǒng)的跟蹤控制方案研究[J];機電工程技術;2001年04期

8 劉文超;胡乃平;李桂麗;;具有持續(xù)擾動的時滯系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤控制[J];系統(tǒng)仿真學報;2006年05期

9 張堅;費敏銳;;電站中速磨的模糊跟蹤控制及仿真[J];系統(tǒng)仿真學報;2008年22期

10 董玉紅;許洪濤;張立勛;陳雄標;;智能輔助設備模糊防擺與跟蹤控制研究[J];機械科學與技術;2009年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 侯小華;蔚泉清;趙文武;陳增祿;;“雙重△調制”跟蹤控制方法穩(wěn)定性研究[A];2008中國電工技術學會電力電子學會第十一屆學術年會論文摘要集[C];2008年

2 樊銘渠;唐功友;孫亮;;基于級數(shù)近似方法的非線性大系統(tǒng)最優(yōu)跟蹤控制[A];2009中國控制與決策會議論文集（2）[C];2009年

3 汪洋;郭晨;孫富春;沈智鵬;;欠驅動水面船舶動態(tài)神經(jīng)模糊非線性跟蹤控制[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第七分冊）[南京理工大學學報（增刊）][C];2009年

4 欒小麗;劉飛;;輸出概率密度函數(shù)魯棒H_∞跟蹤控制[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

5 倪茂林;李果;;變參數(shù)時滯互聯(lián)大系統(tǒng)的魯棒跟蹤控制[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

6 孫慶;吳宏鑫;;非線性、大滯后對象的模糊跟蹤控制[A];1995年中國控制會議論文集（下）[C];1995年

7 劉爽;路瑩;馬騰;許鎮(zhèn);;文件訪問跟蹤控制實現(xiàn)方法的研究[A];中國通信學會第六屆學術年會論文集（上）[C];2009年

8 潘永泉;;人才規(guī)劃動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤控制[A];1995中國控制與決策學術年會論文集[C];1995年

9 陳韻雪;胡壽松;;基于自適應神經(jīng)網(wǎng)絡的殲擊機模糊跟蹤控制[A];2005全國自動化新技術學術交流會論文集（二）[C];2005年

10 陳韻雪;胡壽松;;基于自適應神經(jīng)網(wǎng)絡的殲擊機模糊跟蹤控制[A];2005年全國自動化新技術學術交流會論文集[C];2005年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 張中才;非完整與欠驅動系統(tǒng)的鎮(zhèn)定與跟蹤控制研究[D];東南大學;2016年

2 潘昌忠;基于神經(jīng)動態(tài)模型的自治水面艇智能跟蹤控制[D];中南大學;2013年

3 肖曉波;Markov跳躍系統(tǒng)的估計與跟蹤控制研究[D];中國科學技術大學;2006年

4 楊雪;自主式智能體的跟蹤控制問題研究[D];中國海洋大學;2014年

5 羅亮;基于單位分解的非線性不確定系統(tǒng)模糊自適應鎮(zhèn)定與跟蹤控制分析[D];廣東工業(yè)大學;2011年

6 張堅;連續(xù)非線性系統(tǒng)的魯棒模糊跟蹤控制及其在電站中速磨煤機上的應用[D];上海大學;2007年

7 彭超;基于系統(tǒng)逆的魯棒二自由度控制方法研究[D];電子科技大學;2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李承靖;跳變系統(tǒng)模型參考跟蹤控制及其在航天器軌道控制中的應用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 張敏偉;基于方程誤差辨識器的心臟信號建模及跟蹤控制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

3 姚春;遙控武器站目標跟蹤控制設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2015年

4 劉丹;無人水面艇模糊魯棒自適應航跡跟蹤控制研究[D];大連海事大學;2016年

5 鄭曉龍;不確定非線性系統(tǒng)的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制[D];渤海大學;2016年

6 麥潔銀;復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)的指數(shù)鎮(zhèn)定及跟蹤控制[D];暨南大學;2016年

7 高怡然;衛(wèi)星光通信粗瞄掃瞄策略及跟蹤控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

8 張濤;具有噪聲的Markov跳變系統(tǒng)的模型參考跟蹤控制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

9 張茂林;面向梯田環(huán)境的四旋翼飛行器路徑規(guī)劃與跟蹤控制研究[D];深圳大學;2016年

10 馮珂;Euler-Lagrange系統(tǒng)自適應模糊神經(jīng)跟蹤控制[D];大連海事大學;2017年

，

本文編號：1288634