不确定非线性系统的有限时间稳定与智能控制

This project aims at the complex dynamic system with state constraints. It employs the function approximation capabilities of fuzzy systems and neural networks, which are used to model and identify the plant. A series of Barrier Lyapunov functions are constructed in the framework of finite time stability theory. In generally, several types of controller design problems for constrained systems are studied. The research mainly includes: 1. Design the intelligent control method for nonlinear systems with state constraint, construct the finite time stability condition of the adaptive constraint control, propose a guaranteed transient performance strategy in the specific time interval; 2. For the systems with nonlinear actuator, propose a simpler intelligent modeling and quicker learning mechanism, design a control scheme for systems with state constraints in the sense of the finite time stability; 3. For the uncertain nonlinear constrained systems, present a time-varying detection threshold, sduty a intelligent algorithm based fault estimation approach, solve the adaptive fault-tolerant control problem in the framework of finite time stability. The content of the project will not only further develop and consummate the constrained control theory, but also resolve the problem that the exist constrained control can not achieve the sufficient condition of finite time stability, and provide the significant theoretic foundation for the control research of the complex system.

本项目针对具有状态约束的复杂动态系统，利用模糊系统和神经网络的函数逼近能力，对被控对象进行建模和辨识，在有限时间稳定理论框架下，构造多种障碍李雅普诺夫函数，拟研究约束系统中的几类控制器设计问题。主要研究内容包括：1.构造自适应约束控制的有限时间稳定条件，设计具有状态约束的非线性系统的智能控制方法，提出在特定时间区间内的保暂态性能策略；2.针对具有非线性执行器和状态约束的系统，提出更加简捷的智能建模学习机制，设计具有状态约束的系统在有限时间稳定意义下的控制方案；3.针对不确定非线性约束系统，提出时变检测阈值，研究基于智能算法的故障估计方法，解决有限时间稳定意义下的自适应容错控制问题。该项目的内容不仅可以进一步拓展和完善约束控制理论，而且解决了现有约束控制不能在有限时间内稳定的问题，为复杂系统的控制研究提供重要的理论依据。

实际工程中，需要在有限时间内实现预期控制目标，常见的基于李雅普诺夫渐近稳定性定理提出的无限时间控制方案会导致较长的瞬态响应。同时应当指出，由于安全要求和物理结构等因素的限制，实际系统输出或状态应受到约束，所提出的控制算法须确保系统关键指标始终处于给定的约束范围内。本项目分别针对非线性严格反馈系统、非线性切换系统以及主动悬架系统，基于约束控制和智能控制理论，提出了有限时间控制、容错控制、事件触发控制等算法，对控制理论的实际应用具有重要借鉴意义。在本项目的实施过程中，受项目资助的一篇论文获2021年度IEEE Systems, Man and Cybernetics Society (SMCS) 的Andrew P. Sage最佳论文奖、一篇论文获2019年度中国百篇最具影响国际学术论文、一篇论文获2020年度IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica钱学森论文奖。课题负责人入选“兴辽英才计划”青年拔尖人才、入选辽宁省百千万人才工程千人层次，获2021年度辽宁省自然科学二等奖，2020年度锦州市自然科学学术成果奖一等奖。同时，三名教师晋升副教授，一名获批“兴辽英才计划”青年拔尖人才，一名获批国家自然科学基金面上项目，三名获得辽宁省教育厅/科技厅项目，两名入选辽宁省“百千万人才工程”万人层次。另外，多名硕士研究生考取东北大学、华南理工大学、南京航空航天大学、华东理工大学、大连海事大学的博士研究生。