非线性非最小相位系统的鲁棒输出反馈跟踪控制

The control problem in nonlinear non-minimum phase systems is challenging, and its unstable internal dynamics limit the direct applications of traditional control methods, such as backstepping, feedback linearization, and sliding mode. Simultaneously, there exist some control deficiencies in output tracking control of this kind of systems, such as solving the disturbed causal ideal internal dynamics, trajectory tracking control via output feedback, non-singular path following control, and engineering application. To solve these problems, the project is devoted to robust tracking control via output feedback for nonlinear non-minimum phase systems and its applications, aiming at exploring control strategies with strong robustness and fine tracking performance. Specially, the following research topics are considered: (1) robust trajectory tracking control via output feedback for single variable nonlinear non-minimum phase systems; (2) trajectory tracking control for multivariable nonlinear non-minimum phase systems via decomposition technique; (3) robust path following control for a velocity-sensorless VTOL aircraft via non-singular Serret-Frenet framework; (4) semi-physical simulation experiments of flight control. The project will not only deepen our understandings on nonlinear non-minimum phase systems, enrich the achievements of control theory in this kind of systems, but also lay a solid theoretical foundation for its application in flight control.

非线性非最小相位系统的控制问题具有一定的挑战性，其不稳定的内部动态使常规控制方法，如反推、反馈线性化、滑模控制等难以直接应用。同时，在这类系统的输出跟踪控制研究中还存在以下欠缺：受扰因果理想内模的求解、输出反馈轨迹跟踪控制、非奇异路径跟踪控制、以及工程应用等。为了解决上述问题，本项目拟开展非线性非最小相位系统的输出反馈跟踪控制及其应用研究，旨在探索鲁棒性强、跟踪效果好的因果控制策略。主要研究内容有：(1) 单变量非线性非最小相位系统的鲁棒输出反馈轨迹跟踪控制；(2) 基于分解技术的多变量非线性非最小相位系统轨迹跟踪控制；(3) 非奇异Serret-Frenet坐标系下无速度测量VTOL飞行器的鲁棒路径跟踪控制；(4) 飞行控制半物理仿真实验。开展本项目的研究不仅能够深化对非线性非最小相位系统的认识，丰富这类系统的控制理论成果，而且也将为开展飞行控制方面的应用研究奠定扎实的理论基础。

非线性非最小相位系统的控制问题具有一定的挑战性，其不稳定的内部动态使常规控制方法，如反推、反馈线性化、滑模控制等难以直接应用。同时，在这类系统的输出跟踪控制研究中还存在以下欠缺：受扰因果理想内模的求解、输出反馈轨迹跟踪控制、路径跟踪控制、以及工程应用等。为了解决上述问题，本项目开展非线性非最小相位系统的输出反馈跟踪控制及其应用研究，主要研究内容有：(1) 对国内外相关控制方法进行了综述；(2) 一类非线性非最小相位系统的输出反馈轨迹跟踪控制方法研究；(3) 多输入多输出非最小相位VTOL飞行器的路径跟踪控制研究。开展本项目的研究不仅深化了对非线性非最小相位系统的认识，丰富这类系统的控制理论成果，而且也将为开展飞行控制方面的应用研究奠定扎实的理论基础。