多变量非线性系统自适应控制理论及应用研究

In practice, most physical systems have multiple inputs and multiple outputs and are subject to various kinds of uncertainties. Motivated by the practical engineering requirement, this project is devoted to adaptive control for multivariable nonlinear systems and its applications, aiming at exploring control strategies with less conservative assumptions, wider application range, and nice tracking performance. Specifically, the following research topics are considered: (1) the disposal of the high-frequency gain matrix and the control gain matrix; (2) global output-feedback adaptive control for nonlinear systems whose nonlinearities involve unmeasured states; (3) global output-feedback adaptive control for nonlinear time-varying systems; (4) adaptive fuzzy/neural control for nonlinear systems with actuator failures; (5) the applications to some flight control problems, including hypersonic vehicles, Quanser 3DOF helicopter and 3DOF hover.

在实际工程中，大多数物理系统都具有多个输入和多个输出，并存在不同程度的不确定性。受实际需求的推动，本项目拟以多变量非线性系统为对象，开展多变量自适应控制理论及应用研究，旨在探索保守性弱、应用范围广、具有良好跟踪性能的控制策略。主要研究内容包括：（1）高频增益矩阵和控制增益矩阵的处理；（2）非线性与不可测状态相关系统的全局输出反馈自适应控制；（3）非线性时变系统的全局输出反馈自适应控制；（4）具有执行器故障非线性系统的自适应模糊/神经网络控制；(5)在高超声速飞行器、Quanser三自由度直升机和三自由度飞轮等飞行控制问题中的应用。

在实际工程中，大多数物理系统都具有多个输入和多个输出，并存在不同程度的不确定性。受实际需求的推动，本项目研究了多变量非线性系统的自适应控制问题。到目前为止，本项目研究工作顺利完成，课题组在自适应控制领域提出了一些创新性理论和方法。主要成果包括：(1) 放宽了对控制增益矩阵的限制；(2) 将自适应量化控制推广到了高阶多变量系统；(3) 针对快时变系统，提出了新的自适应控制方案，完全取消了对时变参数变化速率的限制；(4) 针对具有未知执行器故障的非线性系统，提出了一系列新的自适应补偿控制方案，允许执行器在正常运行状态和不同故障状态之间无限次切换；(5) 提出了新的自适应飞行控制方案；(6) 发表SCI论文8篇、EI论文2篇，其中有3篇论文发表在国际顶级期刊IEEE Transactions on Automatic Control和Automatica上；(7) 参加了多次国际会议，开展了国际合作与交流。