多运动轴系统有限时间同步控制方法设计与分析

多运动轴系统主要用于军、民工业重要装备的高精度加工或装配。从控制理论的角度看，它们是一种非线性、多输入多输出、强耦合并且具有不确定性的复杂系统。本项目针对这类系统运动学和动力学特点，运用系统同步和基于满意度的多目标优化原理，探索同步误差和交叉耦合误差设计的理论，给出它们设计的基本方法和原则；深入研究在系统同步要求下，运用有限时间稳定理论，有限时间同步控制器综合与性能分析的基本方法。多轴系统高性能控制是现代制造业追求的主要目标之一。本研究不仅在理论上具有先进性，也更适于处理系统不确定性和各运动轴间的相互干涉，满足高性能控制的基本要求。开展这项研究对阐明多运动轴系统同步机制，揭示有限时间同步控制器设计一般规律具有重要科学意义，能够为多运动轴系统高性能控制提供一套系统的理论方法。通过以典型的多轴系统为例，开展应用研究，形成一种面向实际控制需要的、系统的控制理论方法推广应用。

本项目对多运动轴系统有限时间同步控制系统设计方法与分析进行了深入的研究，取得了如下的研究成果：.1、运用有限时间稳定控制、Terminal滑模控制和非线性鲁棒控制理论，提出了一种鲁棒有限时间稳定控制方法，能够保证跟踪误差以较快的速度收敛到一个较小的剩余集。分析了系统稳定性，通过计算机仿真验证了方法的有效性。.2、运用滑模控制理论，提出了多智能体一致控制算法，能够实现在有向图通讯拓扑下的多智能体系统渐近一致；运用Terminal滑模控制原理和交叉耦合误差方法，提出了一种移动机器人有限时间编队控制方法，能够保证移动机器人在有限时间内实现连续的队形变换。分析了系统稳定性，通过计算机仿真验证了方法的有效性。.3、运用RBF神经网络在线估计领导（Leader）机械臂的控制器输入和追随者（Follower）机械臂的不确定性，基于领导者-追随者通讯拓扑结构，提出了多机械臂自适应和鲁棒一致控制方法，能够实现实用稳定。探讨了在时变拓扑下的稳定性问题。分析了系统稳定性，通过计算机仿真验证了方法的有效性。.4、针对带有外部扰动和模型参数不确定性的刚性机械臂，运用Terminal滑模控制原理、自适应控制原理和鲁棒控制原理，提出两种机械臂有限时间位置/力控制策略（自适应/鲁棒机械臂有限时间位置/力控制）。分析了系统稳定性，通过计算机仿真验证了方法的有效性。.5、对现有多智能体同步控制、多机械臂同步控制、多轴系统同步控制以及并联机构同步控制分别进行综述，总结了它们的研究现状和亟待解决的问题。探索了基于交叉耦合误差的机械系统同步控制发展方向。.6、总结了近10年的非线性有理模型辨识与U模型控制的研究进展，归纳了基于非线性离散多项式的U模型控制设计方法，提出了基于状态空间的U模型控制方法。.7、研究了二氧化碳捕集、运输、驱油及封存（CCUS）全流程建模与评价方法。建立了二氧化碳捕集过程、运输过程以及驱油过程的工程-经济模型。.8、研究了非线性化工过程建模与控制的方法，诸如：汽车发动机故障诊断方法、质子交换膜燃料电池的缺氧燃烧控制方法、前馈史密斯预估滑模控制方法、有限脉冲模型辨识数据集合中的异常数据处理方法、3维模糊逻辑控制器的比例因子调节方法，二次规划动态矩阵控制计算复杂度的分析。