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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:王永超,张胜修,扈晓翔,曹立佳,孙维超.可规定性能的输入受限非线性系统反步控制[J].哈尔滨工业大学学报,2016,48(10):110.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.10.016
WANG Yongchao,ZHANG Shengxiu,HU Xiaoxiang,CAO Lijia,SUN Weichao.Prescribed performance backstepping control of nonlinear systems with input saturation[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2016,48(10):110.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.10.016
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可规定性能的输入受限非线性系统反步控制
王永超1,张胜修1,扈晓翔1,曹立佳1,孙维超2
(1.火箭军工程大学 控制工程系,西安710025;2.哈尔滨工业大学 智能控制与系统研究所,哈尔滨150001)
摘要:
针对具有不可直接测量状态和控制方向未知的输入受限非线性系统的跟踪问题,提出一种基于模糊状态观测器的反步控制方法.首先采用模糊状态观测器估计被控系统中的不可测量状态;然后利用具有光滑特性的双曲正切函数和Nussbaum增益函数对控制器的饱和问题进行处理,根据可规定误差面性能技术对输出跟踪误差的边界进行限定;最后将反步法和动态面法相结合设计鲁棒控制器.运用Lyapunov理论对系统的稳定性能进行了分析,证明闭环系统的所有信号最终半全局一致有界.以具有参数不确定性和存在外界未知有界干扰的高超声速飞行器纵向运动为仿真模型,仿真结果验证了所提算法的有效性.
关键词:  可规定性能  模糊状态观测器  输入受限  反步法  高超声速飞行器
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.10.016
分类号:TP273.2
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(1,9)
Prescribed performance backstepping control of nonlinear systems with input saturation
WANG Yongchao1, ZHANG Shengxiu1, HU Xiaoxiang1, CAO Lijia1, SUN Weichao2
(1.Dept. of Control Engineering, Rocket Force Engineering University, Xi’an 710025, China; 2.Research Institute of Intelligent Control and Systems, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract:
The tracking problem of the nonlinear system with input saturation is investigated by using a backstepping approach based on fuzzy state observer, where the underline system contains immeasurable states and unknown control directions. Firstly, a fuzzy state observer is designed to estimate the immeasurable states. Then, the Hyperbolic tangent function with smooth property and a Nussbaum function are used to handle the input saturation. The bound of the output tracking error is set by the prescribed performance methodology. A robust controller is designed combining the backstepping approach and the dynamic surface method. The Lyapunov theory is applied to analyze the stability of the system. It is proved that all the signals of the resulting closed-loop system are semi-globally uniformly ultimately bounded(SGUUB). Finally, the longitudinal dynamics as the simulation model is given to show the effectiveness of the proposed control approach.
Key words:  prescribed performance  fuzzy state observer  input saturation  backstepping approach  hypersonic vehicle

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