针对四旋翼无人机吊挂飞行系统存在模型偏差及外界干扰带来的位置跟踪和减摆控制难的问题, 提出了一种基于补偿函数观测器的非线性控制方法。首先, 建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统动力学模型, 并设计了补偿函数观测器对未建模动态和未知扰动进行观测; 然后, 针对系统参考输入跟踪误差约束, 构建了障碍Lyapunov函数来设计反步控制器, 并在控制器中引入补偿函数观测器的估计值对系统总扰动进行补偿, 保证了无人机位置误差和负载摆角在约束范围内变化, 使系统能够达到预期控制效果。Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统的稳定性、位置误差的收敛和摆动的抑制。仿真结果表明, 设计的控制器在对无人机位置精确控制的同时, 能有效抑制吊挂负载的摆动。

仅配备有纵向推进力和转船力矩装置的无人水面艇是典型的欠驱动系统，不能通过定常光滑反馈控制律镇定到平衡状态。本文针对一类惯性矩阵和阻尼矩阵非对角的欠驱动无人水面艇，设计了基于附加控制器和反步法的光滑时变跟踪控制律，在保证跟踪误差暂态性能的前提下，实现了曲线和直线情形下的轨迹跟踪。首先，通过状态变换将非对角模型转化为对角形式，并运用反馈线性化理论简化控制输入。其次，通过设计虚拟控制函数来镇定误差运动学方程，并通过引入障碍Lyapunov 函数(BLF)来保证跟踪误差满足规定的性能。然后，通过在误差镇定函数中引入虚拟控制量解决了系统的欠驱动问题，稳定性分析表明本文控制策略能够保证闭环系统中的所有状态是一致最终有界的。最后，Matlab/Simulink 仿真结果表明了该控制器的有效性。

针对光电稳定平台的建模不确定性和未建模不确定性问题, 提出一种基于扰动估计的自适应鲁棒控制算法。该算法将自适应鲁棒控制(ARC)和干扰观测器(DOB)相结合, 并将干扰观测器得到的扰动估计值融合进自适应鲁棒控制算法设计中, 利用自适应鲁棒控制的参数自适应律对其进行自适应补偿, 进一步提高光电稳定平台的稳态精度。仿真结果表明, 所提算法与直接采用传统DOB前馈补偿相比具有超调量小、调节时间短的优点, 并且有效地提高了光电稳定平台的扰动抑制能力。

针对控制方向未知的情况下，具有线性外部系统的不确定非线性系统的全局鲁棒输出调节问题，假设系统和高频增益符号是未知的，并且未知的参数可以是任意大，这就为控制器的设计带来了挑战。为了解决这个问题，首先，进行坐标变换，计算出新的状态方程; 然后，通过使用Nussbaum动态增益技术、自适应控制方法和内模原理，将鲁棒输出调节问题转化为鲁棒稳定性问题，并设计一种动态输出反馈控制器; 最后，通过所设计动态输出反馈控制器使得Lyapunov的导数负定，这样就从理论上解决了非线性输出反馈系统的全局鲁棒输出调节问题。通过实例说明了所提自适应控制器的有效性。

针对具有输入饱和及输出约束的非线性纯反馈系统, 提出了有限时间自适应神经跟踪控制方法。利用有限时间控制理论、Barrier Lyapunov 函数以及径向基函数(RBF)神经网络设计出新颖的虚拟和实际输入信号, 解决了具有输入饱和及输出约束的非线性纯反馈系统的有限时间控制问题, 同时, 确保系统在满足输入饱和及输出约束的条件下, 系统的输出在有限时间内跟踪上参考信号, 并且系统的跟踪误差在有限时间内被限制在原点的小邻域内。最后, 仿真实验阐明了所设计控制器的有效性。

针对扰动对稳定平台跟踪精度的影响, 提出了一种新型复合滑模控制算法。首先, 针对等效干扰, 使用鲁棒H∞混合灵敏度控制设计鲁棒干扰观测器(RDOB), 有效地优化了干扰观测器的滤波器, 对等效干扰实现了快速精确的估计与补偿, 改善了系统的抗干扰能力; 其次, 为了提高系统的跟踪精度, 结合有限时间理论, 设计了新型的滑模控制器(NSMC),Lyapunov函数证明了系统在有限时间内收敛。仿真结果证明了控制策略的有效性。

针对一类具有参数不确定性和多个外部扰动的非线性系统, 基于Backstepping方法提出一种自适应控制策略。在控制设计中引入虚拟控制函数, 使用改进的自适应定律估计外部扰动的未知边界, 利用这些未知边界的更新值, 为这种不确定的非线性系统合成一类连续自适应鲁棒状态反馈控制器, 同时利用李雅普诺夫稳定理论确保所提控制器使非线性系统具有渐近稳定性。最后仿真算例表明了所提控制器的有效性。

进行了异结构离散型时空网络的聚类同步研究。首先,利用Lyapunov定理构造合适的Lyapunov函数,从而实现了离散型时空网络与目标系统的聚类同步。其次,设计了网络中变化参量的识别函数和网络同步控制器。最后,在数值模拟中,选用具有时空混沌行为的激光相位共轭波空间扩展系统、Gibbs电光时空混沌模型、Bragg声光时空混沌模型作为三个聚类的网络节点的状态方程,以单向耦合映像格子的动力学方程作为目标系统,通过仿真模拟验证其同步原理的可行性。文中设计的同步技术既适用于同结构网络的同步也适用于异结构网络的同步,因此,具有一定的普适性。

对于多项式模糊系统, 提出一种具有公共Lyapunov矩阵的混合H2/H∞性能准则。基于多项式Lyapunov函数与平方和分解技术, 推导出多项式模糊系统混合H2/H∞状态反馈控制器的存在条件。通过求解一个具有多项式平方和约束的参数极小化问题, 给出了混合H2/H∞模糊控制器优化设计方法。

多智能体系统一致性编队控制研究范围涵盖多无人机、机器人、水下无人航行器的编队运动问题,是系统控制领域的研究热点之一。从一致性编队生成和编队跟随两个方面回顾了近年来一致性编队控制的主要研究成果，总结了基于一致性编队控制研究的最新进展，最后简要叙述了该领域中一些有待解决的问题及可能的研究方向。