基于量化和干扰补偿的非线性系统抗干扰控制

Contents of the research: This project aims to develop an anti-disturbance control theory based on quantization and disturbance compensation for nonlinear systems and propose the corresponding disturbance observer construction method, controller design scheme, and quantized parameter selection condition. Using sector bound property of quantizer, a decomposition condition is introduced. Combining disturbance characteristics, disturbance observers are designed, and some control schemes are proposed based on quantification and disturbance compensation. It mainly includes the following parts: anti-disturbance tracking control theory based on quantification and disturbance compensation is established for nonlinear systems with high-order disturbances; anti-disturbance tracking control theory based on quantification and disturbance compensation is considered for nonlinear time-delay systems with periodic disturbances; the problem of anti-disturbance output feedback control is investigated for nonlinear systems with derivation of bounded disturbances; the problem of anti-disturbance control is studied for several electromechanical systems, and the experimental platform is used to verify algorithms...Significance of the research: The present study is of great importance in theory and practice. On the one hand, disturbance compensation based control theory, which has provided a feasible way for higher precision control of system subject to disturbances, has received more and more attention from academic community and engineering fields. On the other hand, quantized feedback control is widely applied to practical engineering systems. And the study on the anti-disturbance control based on quantization and disturbance compensation of nonlinear systems remains preliminary.

研究内容：本项目拟建立非线性系统基于量化和干扰补偿的控制理论，给出干扰观测器构造方法、控制器设计方案以及量化器参数选取条件。利用量化器扇形有界性质，引入量化误差满足的不等式条件。结合不同类型干扰特性，设计有效的干扰观测器，提出基于量化和干扰补偿的抗干扰控制策略。主要内容包括：建立高阶特征干扰下基于量化和干扰补偿的抗干扰跟踪控制理论；提出周期干扰下非线性时滞系统基于量化和干扰补偿的抗干扰跟踪控制理论；探讨状态不可测时、导数有界干扰下非线性系统基于量化和干扰补偿的输出反馈控制问题；研究机电系统的基于量化和干扰补偿的抗干扰控制问题，利用实验平台验证算法。..研究意义：基于干扰补偿的控制理论为受扰系统高精度控制提供了可行的解决方法，得到学术界和工程界的关注。同时，量化反馈控制已广泛应用于实际系统。有关基于量化和干扰补偿的抗干扰控制的研究处于初步阶段。本项目的研究将促进量化和抗干扰控制理论的发展。

本项目研究了非线性系统的基于量化和干扰补偿的抗干扰控制问题，给出了具有量化约束的非线性系统的稳定性判据和控制器设计方法。对具有匹配高阶干扰的非仿射非线性系统，研究了干扰估计问题和复合控制器设计问题。进一步考虑了带有不匹配高阶干扰的非仿射非线性系统，提出了具有干扰补偿的自适应控制策略。对具有量化输入的多源干扰非线性系统，研究了自适应静态输出反馈抗干扰量化控制器设计问题。针对几类带有量化输入的非线性关联系统，研究了自适应分散量化控制问题。另外，对具有量化输入和外部干扰作用的飞行器系统，研究了固定时间抗干扰量化姿态控制器设计问题。对具有状态量化和外部干扰影响的飞行器系统， 研究了抗干扰姿态控制问题。进一步研究了基于T-S模糊模型的飞行器系统的抗干扰控制问题。针对几类切换系统研究了系统的复合分层抗干扰控制问题，建立了相应的稳定性理论。.项目的研究完成了预定的目标，取得了一系列成果，包括发表SCI论文30多篇，获得山东省科学技术奖自然科学二等奖1项（排名第三）、山东省高等学校科学技术奖一等奖1项，培养硕士生9人，已毕业4人，指导研究生2人次获得两次国家奖学金，2人次获得山东省优秀研究生创新成果奖，1人次获得山东省优秀硕士学位论文。经过项目的研究，获得了量化约束下非线性系统的干扰观测器设计方法、基于干扰补偿的抗干扰控制器设计方案。研究成果为非线性系统的各种控制问题提供了可解性条件和解决方案，为量化约束的非线性系统的研究提供有效的分析和设计方法，发展和完善了非线性系统理论。同时，针对飞行器等实际系统考虑了量化约束下抗干扰控制器设计问题，为解决实际系统的控制问题提供可行的方案。