基于高增益预测器的时滞非线性系统的输出反馈控制

根据提供的文件信息，本文是一篇发表在《Automatica》杂志上，题为“基于高增益预测器的时滞非线性系统的输出反馈控制”的研究论文，主要研究者是Jing Lei和Hassan K. Khalil，他们来自于美国密歇根州立大学的电气与计算机工程系。在这篇论文中，他们设计了一种高增益预测器，用于在存在输入、输出和状态延迟的情况下，对非线性系统的输出反馈控制进行建模。该方法通过预测状态、延迟状态和当前状态实现系统状态的重构。作者指出，闭环系统在状态反馈下应该是渐近稳定和局部指数稳定的。为了验证系统的有界性、指数稳定性和性能恢复，文章找到了一组正不变集。模拟试验中应用了饱和滑模控制来展示闭环系统的性能恢复，并证明了高增益预测器参数与时间延迟之间存在下界关系。 知识点详细说明： 1. 高增益预测器：高增益预测器是一种在控制系统中利用系统当前输出信息和过去信息，来预测系统未来状态的数学模型或算法。在非线性系统的输出反馈控制中，高增益预测器能够帮助设计师以高精度预测系统状态，即使系统中存在未知的或变化的参数。 2. 输出反馈控制：在控制理论中，输出反馈控制是利用系统的输出信息，而非所有状态变量的信息，来设计控制器的一种方法。与状态反馈控制相比，输出反馈控制对系统的内部状态信息需求较少，因此在实际应用中更为方便和实用。 3. 时滞非线性系统：时滞指的是在系统中，输出对输入的变化响应存在延迟。时滞现象在许多实际系统中都很常见，例如通信网络、化工过程控制等。非线性系统指的是系统的输出与输入之间不存在线性关系。时滞和非线性都是控制工程中的复杂问题，会给系统的控制带来挑战。 4. 状态观测器：状态观测器是估计或重构系统内部状态的工具，尤其是当系统状态不能直接观测或测量时。设计状态观测器对于实现输出反馈控制至关重要，特别是在时滞非线性系统中，状态观测器必须能够处理时滞问题并准确估计系统状态。 5. 渐近稳定性和局部指数稳定性：这两种稳定性是控制系统的性能指标。渐近稳定性指的是系统状态随时间无限趋近于平衡状态的能力，而局部指数稳定性则指出系统状态以指数速率向平衡点靠拢。在闭环控制系统中，确保系统的稳定性是非常重要的，尤其是在非线性和时变系统中。 6. 正不变集：在系统理论中，正不变集是指系统状态初始值位于集合中时，随时间推移，所有随后的状态也将保持在集合内。正不变集对于系统稳定性的分析非常重要，因为它们可以作为系统状态保持在期望范围内的证明。 7. 饱和滑模控制：滑模控制是一种变结构控制技术，它通过施加切换控制律使系统状态在有限时间内到达并保持在滑动模态上，实现对系统性能的调整。饱和滑模控制是一种特殊形式的滑模控制，它在设计时考虑了输入信号饱和的限制。饱和现象通常发生在实际的执行器上，例如电动机或液压缸的输入限制。 8. 系统性能恢复：指的是在系统受到干扰或存在建模误差时，通过控制器的设计来恢复系统性能，确保系统输出尽可能地达到设计要求。 9. 系统建模与仿真：研究者通过建立数学模型来模拟实际系统的动态特性，并通过仿真试验验证所设计控制策略的有效性。 这些知识点详细解释了该论文的关键内容和研究领域，涵盖了系统控制理论、系统建模、稳定性分析以及控制策略设计等方面。由于本文的核心是针对特定的控制问题，其提出的方法和理论对于控制工程、自动化系统设计以及信号处理等领域具有重要的意义和潜在的应用价值。