第 32卷 第 8期 控 制 与 决 策 Vol.32 No.8
2017年 8月 Control and Decision Aug. 2017
文章编号: 1001-0920(2017)08-1409-06 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2016.1096
一阶伪线性系统的模型参考输出跟踪控制
许 刚, 段广仁
†
(哈尔滨工业大学 控制理论与制导技术研究中心，哈尔滨 150001)
摘 要: 针对伪线性系统的模型参考输出跟踪问题, 设计伪线性系统的模型参考跟踪策略. 控制器分为两部分, 其
一为反馈镇定控制器,保证闭环系统是渐近稳定的;另一为前馈补偿控制器,通过求解基于控制器存在条件建立的
方程组得到控制器的参量矩阵, 使得闭环系统的输出渐近跟踪参考系统的输出, 且当系统中存在时变系数时方法
仍是有效的, 控制器中保有部分自由度可以进一步利用, 以提高具体控制任务所需的系统性能. 数值仿真验证了
所提出方法的有效性.
关键词: 伪线性系统；模型参考跟踪；特征结构配置；输出反馈；自由度
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Model reference output tracking control for first-order quasi-linear
systems
XU Gang, DUAN Guang-ren
†
(Center for Control Theory and Guidance Technology，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China)
Abstract: The model reference control strategy is designed for the model reference control problem of quasi-linear
systems. The quasi-linear model reference controller consists of two parts, the feedback stabilization controller guarantees
that the closed-loop system is asymptotically stable, the feed-forward compensator controller ensures that the output of
the closed-loop system can asymptotically track the output of reference model, the parameter matrices of controller are
solved by the existence condition of the controller, what is more, the strategy is still effective when there are time-varying
parameters in the open-loop system model and reference model, and degree of freedom in controller can be used to
improve the system performance that control task needs. The simulation demonstrates the effectiveness of the proposed
scheme.
Keywords: quasi-linear system；model reference track；eigenstructure assignment；output feedback；degree of freedom
0 引
伪线性系统本质上是非线性系统, 可以改写成线
性系统的系数矩阵形式,而系数矩阵中包含有系统状
态变量. 在航天器控制领域, 很多控制问题的系统模
型是伪线性的,如描述航天器相对运动的视线坐标系
模型,其可以写为系数矩阵中含有状态变量的状态空
间形式. 很多航天器控制任务可归结为伪线性系统
的模型参考跟踪问题, 如空间机器人控制
[1]
、航天器
姿轨联合控制
[2-3]
、空间拦截
[4]
、卫星姿态控制
[5]
等.
针对线性系统的模型参考跟踪控制方法的研究,
已经有了许多研究成果
[6-12]
, 然而, 关于非线性系统
模型参考跟踪控制方法的研究成果较少. 文献 [13]
提出了基于观测器的非线性分布参数系统的模型参
考跟踪控制器; 文献 [14] 和文献[15] 研究了广义非线
性系统的模型参考跟踪控制问题,针对系统中的线性
部分和非线性部分分别设计控制器, 使得闭环系统的
状态能够渐近跟踪参考模型的状态.
伪线性系统本质上是非线性系统, 基于线性系统
的模型参考跟踪方法无法应用, 对此, 本文提出伪线
性系统框架下的模型参考输出跟踪策略, 且系统模
型与参考系统模型均为伪线性的. 所提出的控制器
包含两部分,其一是基于参数化方法提出的反馈镇定
控制器,保证在控制器作用下的闭环系统是渐近稳定
的; 另一是前馈补偿控制器, 使得闭环系统的输出能
收稿日期: 2016-08-27；修回日期: 2016-11-29.
基金项目: 国家自然科学基金重大项目 (61690210, 61690212)；国家自然科学基金委重点项目(61333003)；机器人技
术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学)自主研究课题(SKLRS201502B).
作者简介: 许刚 (1986−), 男, 博士, 从事航天器姿轨联合控制、伪线性系统参数化控制的研究；段广仁 (1962−), 男,
教授, 博士生导师, 从事鲁棒控制理论、参数化方法、伪线性系统控制理论等研究.
†
通讯作者. E-mail: g.r.duan@hit.edu.cn
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