基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制 (2014年)
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文章编号：１６７４⁃７０７０（２０１４）０５⁃０４３１⁃０６
周丽
１
殷利平
１
基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制
摘要
针对一类输入受限的非匹配不确定
非线性系统，提出了一种抗饱和自适应
反步控制方法． 利用模糊干扰观测器在
线逼近 系 统 的 未 知 非 匹 配 不 确 定 及 干
扰，采用反步控制方法设计自适应控制
器．控制系统设计中引入限幅滤波器，有
效降低了控制输入饱和对系统稳定性的
影响，并且控制器设计无需对虚拟控制
律进行重复求导． 利用李亚普诺夫稳定
性定理，证明了闭环系统渐近稳定．仿真
结果表明了该方法的有效性．
关键词
自适应控制；反步法；模糊干扰观测
器；非线性系统
中图分类号 ＴＰ２７３
文献标志码 Ａ
收稿日期 ２０１３⁃１０⁃１２
资助 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 （ ６１１０４０７３，
６１１０４１２３） ；江苏省政府留学奖学金（ ＪＳ⁃２０１３⁃
１６６）
作者简介
周丽，女，博士，讲师，主要研究智能控制、
非线性鲁棒自适应控制等．ｌｋ
－
ｚｈｏｕｌｉ＠ １６３．ｃｏｍ
１ 南京信息工程大学 信息与控制学院，南京，
２１００４４
０ 引言
近年来，伴随着在线学习方法在非线性控制系统设计中的应用，
自适应反步控制方法取得了很多成果，解决了一大类未知非线性系
统的控制器设计问题
［１⁃４］
．针对反步法的计算膨胀问题，文献［５］ 首次
提出了动态面控制方法（ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＤＳＣ）．在控制器设
计中引入了低通滤波器对虚拟控制律进行估计，避免了对虚拟控制
律进行重复求导，进一步简化了控制器设计．
然而，从实际应用角度来说，利用反馈控制设计的自适应反步控
制方法存在的一个问题是，根据反馈控制律产生的控制输入可能不
容易实现，其原因是由于实际物理系统的限制，无法提供无限大的控
制律．比较常见的例子是控制输入饱和，限制了控制输入的幅值和变
化率．当结合非线性在线补偿技术时，这个问题对于系统的稳定性至
关重要．如果控制输入受限，则系统的跟踪误差不再是估计误差引起，
原来的自适应调整方法不能保证闭环系统的稳定性
［６］
，因此，控制器
设计中必须考虑控制输入受限产生对系统稳定性产生的影响．文献
［７］针对控制输入幅值受限的非线性系统，设计了基于小波网络的抗
饱和自适应反步控制器．文献［８］ 提出了一种抗饱和自适应反步控制
方法用于 Ｆ⁃１６ 战斗机控制系统设计，文中引入的限幅滤波器可以同
时对舵面、舵面偏转率及虚拟自适应律进行限幅，相对于传统的自适
应方法，该方法在控制输入饱和情况下，其稳定性更好，文中仅考虑
了参数不确定性．
本文针对一类不确定非线性系统，设计了一种基于状态反馈的
抗饱和反步自适应控制器，利用模糊干扰观测器（ Ｆｕｚｚｙ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ
Ｏｂｓｅｒｖｅｒ，ＦＤＯ）对系统的未知非匹配不确定进行在线逼近，同时利用
限幅滤波器，对系统的控制输入、输入变化率进行限幅，保证系统稳
定的情况下，减少系统的跟踪误差．本方法可以同时避免对虚拟控制
律重复求导．最后，基于李亚普诺夫稳定性定理，证明了闭环系统渐近
稳定．仿真结果表明本方法在控制输入的受限范围内仍具有良好的动
态特性．
１ 抗饱和自适应反步控制器设计
考虑如下 ｎ 阶非匹配不确定非线性系统
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