[00854410]网络化非线性动力系统分析与设计

该项目属于鲁棒控制技术领域。实际控制系统普遍具有非线性特性且系统信息交互大多通过网络实现，非线性特性和网络传输特性给控制系统的分析与设计提出巨大挑战。网络化非线性控制系统是近十年来控制领域研究的热点和难点。IEEE控制协会主席Spong M在2006年Automatica上撰写的综述文章认为网络化非线性系统研究极具挑战性，具有广阔的应用前景。 研究团队自2005年开始针对该项目深入挖掘网络耦合模式与控制设计内在本质关联和规律，在级联网络化非线性系统、关联网络化非线性系统和网络化遥操作系统方面取得了如下创新成果： 1、提出了级联网络化非线性系统递推补偿控制方案，给出了状态反馈和动态输出反馈控制设计方法，较系统地解决了级联结构网络化非线性动力系统控制难题。通过构造新的Lyapunov泛函并利用Razumikhin引理提出了递推补偿设计方案，给出了两类新颖的状态反馈控制器设计思路。在系统状态信息不完全可测情形下，提出了基于观测器的输出反馈控制设计策略，在此基础上研究了控制方向未知的设计难题，提出了基于Nussbaum函数的自适应控制解决方案。 2、提出了关联网络化非线性系统强稳定裕度控制设计方法，去除了关联项和标称子系统的强线性限制条件，保证了网络化关联随机大系统在暂稳态约束下的稳定运行。针对网络化系统非线性关联情形，放松了关联项的线性强假设条件；针对一般性的非线性标称和非线性关联，提出了分散智能控制方法，实现了关联大系统指数稳定控制；针对非线性网络化关联随机大系统，设计了暂稳态性能约束下的自适应神经网络输出反馈控制策略，实现了网络关联系统的高性能运行。 3.刻画了网络化遥操作系统的时延、主从控制参数与系统同步性能之间的关系，建立了同时改善稳定性与透明性的反馈机制，提出了保证遥操作具有快速、高精同步性能的受限反馈控制方法，并将研究成果成功应用于三一远程无人挖掘机系统。首次建立了时滞相关稳定性分析准则，提出了基于位置和直接力矩感知的稳定性判定准则和控制器设计方法，解决了传统波变换方法处理不对称时延存在的位置偏移问题。设计了新的非奇异快速终端滑模面及有限时间速度观测器，并基于模糊思想提出有限时间控制方法，实现了遥操作系统的快速、高精同步。所开发的远程网络操控系统在“三一重工”无人挖掘机中实现工程化推广应用。 8篇代表性论文均发表在IEEE汇刊，SCI总引用419次，SCI他引381次，WoS SCI他引438次，GoogleScholar引用652次，研究成果得到同行的高度评价。项目第一完成人基于在网络化非线性动力系统相关基础理论的贡献先后入选了基金委优青、科技部中青年科技创新领军人才，省三三三人才第一层次，2018年入选了教育部长江学者特聘教授，连续三年入选了Elsevier中国高被引学者。第二、三完成人均入选了国家博士后创新人才支持计划。