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1、 东 南 大 学硕 士 学 位 论 文非线性离散系统的干扰抵消和干扰抑制的研究 研究生姓名： XXX 导师姓名： XXX 教授申请学位级别 工学硕士 学科专业名称 控制理论与控制工程论文提交日期 2XXX年 X月X 日 论文答辩日期 2XXX年 X月 X日学位授予单位 东 南 大 学 学位授予日期 20 年 月 日答辩委员会主席 XXXXX 评 阅 人 XXXXXXXXXXXXXXRESEARCH OF DISTURBANCE REJECTION AND ATTENUATION FOR NONLINEA DISCRETE-TIME SYSTEMSA Dissertation Submitted
2、 to Southeast UniversityFor the Academic Degree of Master of EngineeringBYXXXSupervised byXXXXXX School of Automation Southeast UniversityMarch 2007东 南 大 学 学 位 论 文 独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本
3、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日 期： 东 南 大 学 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名： 导师签名： 日 期：摘 要具有干扰的非线性系统的分析与综合一直是控制理论的研究热点。本文基于Lyapunov稳定性，以DOBC理论和H控制理
4、论为主要方法，以线性矩阵不等式（LMI）为主要数学工具，讨论了含干扰的非线性系统的干扰抑制与抵消的控制方法。针对一类非线性离散系统，研究了一种基于干扰观测器的控制方法。干扰信号表示为一个动态子系统,可以涵盖常值、谐波等信号。通过引入依赖于调节参数的Lyapunov函数基于线性矩阵不等式提出了降阶干扰观测器设计方法。通过集成传统控制器，外部干扰可以被抵消，从而使闭环系统具有理想的控制性能。由于在实际的控制工程中，广泛的存在对象的未建模动态以及参数和结构的不确定性，对此，本文研究了一种基于干扰观测器设计和H控制的复合控制方法。讨论的被控对象和干扰子系统都含有参数和结构不确定性及未建模动态。通过DO
5、BC方法，外部确定的干扰部分可以被抵消，而由未建模动态及参数和结构不确定性部分引起的干扰通过H控制抑制。通过集成传统的控制器，使闭环系统在没有参数和结构不确定性时渐近稳定，在有未建模动态以及参数和结构的不确定性时满足H控制性能指标。对于非线性已知的情况，通过分离原理设计了降阶观测器来估计干扰，对于非线性未知的情况，设计了鲁棒观测器。最后，对飞机控制系统的仿真，显示了方法的有效性。在实际的工业控制工程中，不可避免会存在时滞问题。当时滞比较严重时，会严重影响系统的正常运行，破坏控制品质。所以在第五章中讨论了在被控对象和控制输入通道有时滞时，DOBC方法的应用问题。关键词：干扰抵消；干扰抑制；离散系
6、统；非线性系统；观测器设计；H控制；DOBC控制IIAbstractThe disturbance rejection and attenuation problem is one of fields that have attacted much attention in the control theory fields and in the practice application.Based on Lyapunov stability, this paper discusses the disturbance rejection and attenuation problem for
7、a class of nonlinear discrete-time systems, in which DOBC control theory , H-infinity control theory and LMI are important tools.The unknown external disturbances are supposed to be generated by an exogenous system. A new design scheme is presented for the reduced-order disturbance observers via LMI
8、-based algorithms. By integrating the disturbance observers with conventional control laws, the disturbances can be rejected and the desired dynamic performances can be guaranteed.The disturbance rejection and attenuation problem is investigated for a class of uncertain nonlinear discrete-time syste
9、ms via the combined H control and distance-observer-based -control. The unknown external disturbances are supposed to include two parts. One is generated by an exogenous system with uncertainty, which can represent the harmonic signals with a perturbation. Another is the classical signals used in H
10、control. Parametric uncertainties exist both in concerned plant and in exogenous system. By integrating the disturbance observers with conventional control laws, the disturbances can be rejected and the desired dynamic performances can be guaranteed. For the uncertain disturbances, H control is appl
11、ied to attenuate the disturbances. For the plants with known nonlinearity, it is shown that the reduced-order observer can be designed by using of the separation principle. For the uncertain nonlinearity, the problem can be reduced to a robust observer design problem. Finally, simulation for a fligh
12、t control system is given to demonstrate the effectiveness of the results. In chapter five, the time-delay exits in both the nonlinear discrete-time systems and disturbance systems. For this case, the time-delay observer is designed to solve the problem.Key words: disturbance rejection; disturbance
13、attenuation; discrete-time; nonlinear system; observer design; H control；DOBC control目 录摘 要IAbstractII目录III第1章绪论11.1具有干扰的非线性系统研究的背景和意义11.2具有干扰的非线性系统的研究现状11.3DOBC方法的发展与应用31.4本文的主要研究内容41.5本文的创新点5第2章预备知识62.1Lyapunov稳定性62.1.1Lyapunov稳定性定义62.1.2Lyapunov稳定性基本定理72.1.3二次稳定性72.2鲁棒控制82.3H控制理论92.4观测器理论112.5LMI
14、概述112.5.1LMI定义112.5.2LMI标准化问题122.5.3Schur补充法132.6时滞系统132.6.1时滞对象、时滞控制与时滞系统概述132.6.2时滞控制的主要研究内容142.6.3时滞观测器15第3章非线性离散系统基于干扰抵消的控制方法173.1引言173.2问题描述173.3观测器设计183.4主要结论193.5结束语22第4章非线性离散系统的DOBC和H复合控制方法244.1引言244.2问题描述244.3非线性已知时的DOBC和H复合控制254.3.1降阶观测器的设计254.3.2非线性已知时的主要结论274.4非线性未知时的DOBC和H复合控制324.4.1非线性
15、未知时的降阶观测器设计324.4.2非线性未知时的主要结论334.5仿真与分析334.6结束语38第5章非线性时滞离散系统的干扰抵消与抑制方法395.1引言395.2问题描述395.3观测器设计405.4主要结论415.5结束语44第6章总结与展望466.1总结466.2存在的问题466.3干扰抑制和抵消研究展望47参考文献48第1章 绪论第1章 绪论控制科学在20世纪初还处于萌芽阶段，30年代初，Nyquist发表了关于反馈放大器的稳定性理论，被认为是经典控制论的真正起点。第二次世界大战期间，战争的需要促进了控制理论与技术的发展，至50年代末，经典控制理论和应用技术进入一个新的发展阶段，主要体现在：以Kalman滤波为代表的鲁棒理论和系统辨识的进展;以Pontry
