事件触发下输入受约束的非线性系统预设性能跟踪控制.pdf

摘要

复杂非线性系统的控制问题一直是控制领域研究的热点，近年来，已经取得丰

富成果。由于非线性系统中普遍存在不确定性、外部干扰及各种限制条件，这些因

素会影响系统的稳定性，造成严重后果。因此，本文针对输入受约束的非线性系统，

基于Lyapunov稳定性理论和Backstepping方法，展开预设性能跟踪控制问题的研究，

设计了基于事件的控制策略，以保证系统能够快速跟踪上参考信号，且跟踪精度高。

主要工作如下：

（1）针对输入受饱和约束的未知非线性系统，在存在控制方向未知的情况下，

设计基于事件的跟踪控制方案。首先，借助平滑函数逼近饱和约束下的控制输入，

使控制器可以在Backstepping框架下进行设计。其次，采用Nussbaum增益技术解决

控制方向未知的问题。接着，引入预定时间收敛性能函数和非线性映射技术，以保

证跟踪误差在预定时间内收敛，且收敛速度快，精度高。在此基础上设计基于相对

阈值的事件触发机制，提出了事件触发预设性能跟踪控制策略，既保证闭环系统所

有信号的有界性和跟踪误差的收敛性，又减少通信负担。

（2）针对以上输入受限的未知非线性系统，进一步考虑饱和执行器会发生失效

和卡死故障，设计基于动态事件触发的容饱和预设性能跟踪控制方案。首先，综合

边界估计、平滑函数逼近、Nussbaum增益技术等方法，处理饱和执行器故障以及控

制方向未知的输入约束问题。其次，引入移位函数和隧道性能函数来约束跟踪误差，

在保障跟踪误差在预定时间内收敛，且收敛速度快、精度高的基础上，进一步改善

超调，且去除跟踪误差的初始值必须在性能约束范围内的限制。此外，设计自适应

动态事件触发机制，提出动态事件触发下的容饱和预设性能跟踪控制策略，既保证

跟踪误差具有良好的暂稳态收敛性能，又降低通讯负担。

关键词：非线性控制；预设性能；事件触发；输入约束

I

ABSTRACT

Thecontrolproblemofcomplicatednonlinearsystemshaslongbeenapopularissue

incontrolresearch,andinrecentyears,richachievementshavebeenmade.Duetothe

widespreadpresenceofuncertainty,externaldisturbances,andvariouslimitingconditions

innonlinearsystems,thesefactorscannegativelyimpactthesystemsstabilityandhave

direrepercussions.Therefore,thisarticlefocusesonnonlinearsystemswithinput

constraints,andaccordingtotheBacksteppingmethodandLyapunovstabilitytheory,

conductsresearchonprescribedperformancetrackingcontrolissues.Anevent-triggered

controlapproachisdevelopedtoensurethatthesystemcanquicklytrackthereference

signalaccuratelyandpromptly.Thefollowingistheprimaryjoboverview.

Forunknownnonlinearsystemswithinputconstraints,anevent-basedtracking

controlschemeisdesignedinthepresenceofunk