延时约束条件下参数不确定非线性系统输出反馈跟踪控制及应用.pdfVIP

摘要

随着计算机技术、智能系统和数字通信的快速发展，非线性系统受到越来越多的

关注，并被广泛应用于航空航天控制、机械臂、自主移动机器人等高度自动化与智

能化的领域。同时，在实际应用中，由于环境因素和安全需要，系统通常会受到约

束条件的限制。如果违反约束条件，可能会导致系统的控制精度不准确。因此，这

些约束条件对保证系统的稳态性提出了更加苛刻的要求。此外，在实际应用过程中，

约束条件并非从系统启动时刻存在，通常在系统运行一段时间后由于环境的改变而

限制了系统的运行范围。若忽视此类约束条件会严重影响系统的稳定性和安全性，

甚至可能引发安全事故。因此，研究在延时约束条件下非线性系统的自适应控制方

法，对提高系统的运行效率和安全性具有关键意义。本文针对一类具有延时约束的

参数不确定非线性系统，研究在误差约束或状态约束的条件下其自适应输出反馈跟

踪控制问题。具体内容包括以下两个方面：

(1)具有延时约束的不确定非线性系统自适应输出反馈控制

主要研究具有延时约束的非线性系统的自适应输出反馈跟踪控制问题。首先，通

过设计一种转换函数实现对系统状态的约束条件建模。其次，为了将约束问题与无

约束问题进行等价转化，设计一种更具一般性的障碍李雅普诺夫函数，有效消除了

约束函数上下界符号相同的限制条件。基于反步技术，提出了一种有效的输出反馈

跟踪控制方案。最后，通过数值模拟验证理论分析的正确性。

(2)约束环境下柔性关节机械臂的自适应输出反馈控制

研究约束环境下柔性关节机械臂的自适应输出反馈控制问题。首先，对柔性关

节机械臂模型以及轨迹跟踪误差约束分别进行建模。其次，通过引入一种新颖的障

碍李雅普诺夫函数，实现了误差约束系统与无约束系统的等价转化。此外，通过引

入固定时间收敛的非线性滤波器，有效地解决了反步法自身存在的“复杂度爆炸”

问题。结合反步法和滤波技术，提出了柔性机械臂的输出反馈控制方案。最后，通

过Matlab仿真结果验证了所提出的控制方案能保证轨迹跟踪的误差在一段时间后严

格限定在期望的约束范围内。

关键词：障碍李雅普诺夫函数；延时约束；自适应输出反馈；柔性关节机

Abstract

Withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,intelligentsystemsanddigital

communication,nonlinearsystemhasattractedmoreandmoreattentionandhasbeen

widelyappliedinhighlyautomatedandintelligentpracticalfieldssuchasaerospacecontrol,

roboticarms,andautonomousmobilerobots.Atthesametime,inpracticalapplications,

thesystemisusuallylimitedbyconstraintsduetoenvironmentalfactorsandsafetyneeds.

Iftheconstraintsareviolated,thecontrolaccuracyofthesystemmaybeinaccurate.In

addition,inthepracticalapplicationprocess,theconstraintconditionsdonotexistatthe

systemstartuptime.Usuallytheoperatingrangeofthesystemislimitedduetothechanges

oftheenvironmentafterthesystemrunsforaperiodoftime.Ignoringtheconstraintswill

seriouslyaffectthestabilityandsafetyofthesystem,andmayevenleadtosecurity

accidents.