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基于全驱动流形约束的输入受限不确定非线性系统输出反馈控制
Fully Actuated Manifold Constraint Based Output Feedback Control for Input-Constrained Uncertain Nonlinear Systems

作者: Dianrui Mu, Changchun Hua, Yafeng Li 等5人
arXiv: 2605.21439v1
分类: eess.SY, cs.RO
📝 论文摘要
本文针对一类带有未知输入约束的未知时变非线性系统,提出了一种低复杂度、无模型、输出反馈控制器。该控制器在执行器未饱和时实现预设控制精度,并在执行器饱和后保持灵活控制精度。该结果将已有的线性流形约束控制方法推广至更一般形式,包括非线性流形构造及多种约束类型,从而在有限时间或固定时间内实现预设控制精度。此外,通过构建误差驱动的灵活约束,实现了未知饱和下的灵活控制。最后,给出了二阶及高阶控制实例与仿真验证。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 现有**约束控制(constraint control)** 方法多局限于**线性流形(linear manifold)**,无法处理非线性流形和多种约束类型 - 针对**未知时变非线性系统**,传统方法依赖精确模型,难以应对**未知输入约束** (如执行器饱和) - 在**执行器饱和** 后,如何保持可控且灵活的控制精度是当前难题
🔧 核心方法
- 提出**基于全驱动流形约束的输出反馈控制(Fully Actuated Manifold Constraint Based Output Feedback Control)** 框架 - 构建**非线性流形(nonlinear manifold)** 和多种约束类型,将预设精度问题转化为流形收敛问题 - 设计**误差驱动的柔性约束(error-driven flexible constraint)** 机制,在未知饱和下自动调整控制精度 - 实现**有限时间(finite-time)或固定时间(fixed-time)** 内达到预设控制精度,且无模型、低复杂度
💡 核心创新
- **首次扩展**:将线性流形约束控制方法推广到**非线性流形** 和多种约束类型,显著提升通用性 - **自适应精度调节**:在执行器未饱和时保持预设精度,饱和后通过柔性约束自动降级为灵活精度,避免失控 - **无模型与低复杂度**:无需系统动力学知识,仅依赖输出反馈,适合工程实现 - **统一框架**:融合了有限/固定时间收敛与饱和处理,解决了现有方法在饱和后控制精度丢失的问题
🏆 总体贡献
- 为**输入约束不确定非线性系统** 提供了一种新的**低复杂度无模型控制范式** - 扩展了**约束控制理论** 的范围,从线性流形到非线性流形,丰富了控制设计工具 - 通过**二阶和高阶数值仿真** 验证了方法的有效性与鲁棒性,为实际应用奠定基础 - 简化了控制器设计流程,降低了对系统模型的依赖,促进工业推广