一類具有預設跟蹤性能的約束控制器設計

劉勇華,潘則丞,喬瑜姣

(廣東工業大學自動化學院,廣東 廣州 510006)

0 引 言

在工業生產過程中,出于安全與性能方面的考慮,通常要求控制系統滿足各種約束條件,包括執行機構中存在的物理安全約束以及工業生產中的工藝性、經濟性和社會性等指標約束.在系統運行過程中,若這些約束條件無法得到滿足,工業生產將會受到很大的影響[1,2]。因此,建立約束控制理論來解決約束系統的控制問題具有重要的理論意義與實際價值[3-10]。經過十多年來學術界與工業界的努力,約束控制理論取得了很大的進展,涌現出Reference Governor[11]、模型預測控制[12]、滑模控制[13]、基于不變集的控制器設計[14]與極值搜索控制[15]等多種約束控制方法。

近年來,基于障礙Lyapunov函數(Barrier Lyapunov Function,BLF)的約束控制方法受到越來越多學者的關注[16-18]。針對一類含有輸出約束的嚴格反饋非線性系統,文獻[16]分別提出了基于對稱BLF和非對稱BLF的狀態反饋控制算法,所設計的控制器不僅能夠滿足給定的輸出約束條件,且能實現漸近跟蹤。在文獻[16]的基礎上,文獻[17]通過構造非對稱時變BLF解決了一類含有時變輸出約束的嚴格反饋非線性系統的控制問題。針對一類具有全狀態約束的嚴格反饋非線性系統,文獻[18]給出了一種基于積分型BLF的自適應神經網絡控制方案。該方案在滿足系統狀態約束的同時,可保證閉環系統所有信號是半全局一致有界的。

值得指出的是,上述基于BLF的約束控制方法均無法直接對系統的輸出或狀態進行約束,僅能通過約束狀態誤差來間接約束系統的輸出或狀態,使得受約束輸出或狀態的初始值必須限制在一個比給定約束條件更小的區域內,因而所提控制算法具有較大的保守性。……