前言

在自然界中,由于擾動(dòng)、誤差及各種人為、環(huán)境因素的存在,任何實(shí)際生產(chǎn)生活中的系統(tǒng)都在不同程度上具有某種非線性特性,比如飛行器系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)和電力系統(tǒng)等.然而,大多數(shù)關(guān)于非線性系統(tǒng)的分析或設(shè)計(jì)問題很難在線性系統(tǒng)理論的框架下得到圓滿解決.因此,近幾十年來,非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題成為控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn).隨著科技的高速發(fā)展,控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜,其非線性特性越來越強(qiáng),對(duì)控制器的性能要求也越來越高,非線性系統(tǒng)理論受到相當(dāng)大的挑戰(zhàn).同時(shí),機(jī)器人的發(fā)展,宇宙飛行器、直升飛機(jī)、大型柔性結(jié)構(gòu)的控制,都是非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng)問題,這就促使非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)理論需要得到進(jìn)一步研究和發(fā)展.

在非線性系統(tǒng)的控制研究中,穩(wěn)定性是一個(gè)基本問題.混雜系統(tǒng)理論的研究為非線性系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和穩(wěn)定性分析提供了很好的借鑒.作為一類典型的混雜系統(tǒng),切換系統(tǒng)已經(jīng)受到了廣泛重視.然而,由于其內(nèi)在復(fù)雜的特性,切換系統(tǒng)的研究仍然存在很多挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題尚待解決.此外,由于實(shí)際系統(tǒng)不確定或干擾的影響,如何保證非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得更加困難.其中,自適應(yīng)控制和魯棒控制是應(yīng)對(duì)不確定性或干擾的有效手段,己廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)器人等諸多領(lǐng)域.另外,由于設(shè)備或技術(shù)要求的內(nèi)在限制,在操作空間中,大多數(shù)系統(tǒng)必須滿足一些物理限制或約束.如果系統(tǒng)在運(yùn)行過程中違背了限制或約束,可能會(huì)導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果,如系統(tǒng)的性能下降、系統(tǒng)被損壞等.因此,受限非線性系統(tǒng)控制問題的研究需要得到重視且具有重要實(shí)際意義.同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制系統(tǒng)中的普及,系統(tǒng)各組件之間的通信都是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,這時(shí),如何在計(jì)算和資源受限下保證非線性系統(tǒng)的良好性能也是具有挑戰(zhàn)性的問題.目前,非線性系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)結(jié)果在實(shí)際中已廣泛應(yīng)用,比如航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)器人和電力系統(tǒng)等,然而仍存在很多未解決的難題,尤其針對(duì)復(fù)雜非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)并將理論結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng).本?？P(guān)注非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)理論研究進(jìn)展與應(yīng)用成果,共錄用51篇論文,本期刊發(fā)25篇,其中基礎(chǔ)理論與算法相關(guān)論文17篇,包括切換系統(tǒng)的分析與控制設(shè)計(jì)4篇,非線性系統(tǒng)的優(yōu)化與鎮(zhèn)定7篇,非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制6篇,此外,非線性系統(tǒng)理論在機(jī)器人、航空航天、電氣系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用相關(guān)論文8篇.

在切換系統(tǒng)的分析與控制設(shè)計(jì)方面,李占杰等針對(duì)不確定網(wǎng)絡(luò)攻擊下非線性切換多智能體的安全控制問題,提出了一套安全自適應(yīng)控制方法,保證了受攻擊系統(tǒng)在任意切換下實(shí)現(xiàn)漸近輸出一致.孫振東等在切換系統(tǒng)可觀測(cè)的假設(shè)下,設(shè)計(jì)了具有多線性時(shí)變?cè)鲆娴膭?dòng)態(tài)觀測(cè)器,實(shí)現(xiàn)了有限時(shí)間狀態(tài)估計(jì),并設(shè)計(jì)了多路徑動(dòng)態(tài)輸出反饋切換策略,實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)系統(tǒng)指數(shù)收斂.解紅珍等研究了一類具有不穩(wěn)定子系統(tǒng)和混合時(shí)滯的切換系統(tǒng)的耗散性和指數(shù)鎮(zhèn)定問題,為消除不穩(wěn)定子系統(tǒng)給時(shí)滯系統(tǒng)帶來的不利影響,采用了一種新穎的切換信號(hào)設(shè)計(jì)方法-將模態(tài)依賴平均駐留時(shí)間的慢切換和快切換方法相結(jié)合.李實(shí)等在任意切換信號(hào)作用下研究了非線性切換系統(tǒng)的輸出反饋周期事件觸發(fā)控制問題,所考慮的非線性系統(tǒng)采用非嚴(yán)格反饋形式且含有未知控制系數(shù).

在非線性系統(tǒng)的優(yōu)化與鎮(zhèn)定方面,龍離軍等從控制輸入空間和狀態(tài)空間的角度分別分析了QP求解可行性以及CLF和CBF中參數(shù)對(duì)QP求解可行性和系統(tǒng)性能的影響,提出了一種CLF-CBF-QP新形式來提高優(yōu)化問題的可解性,并在考慮動(dòng)態(tài)系統(tǒng)本身的體積且環(huán)境中存在動(dòng)態(tài)障礙物時(shí),設(shè)計(jì)了一種CBF新形式使其仍能保證系統(tǒng)的安全性.張苗苗等在每個(gè)智能體只能與自身的鄰居交互以更新自身狀態(tài)的假設(shè)下,研究了預(yù)設(shè)時(shí)間下的分布式優(yōu)化和納什均衡點(diǎn)求解問題,并分別設(shè)計(jì)了預(yù)設(shè)時(shí)間分布式協(xié)議.莊乾輝等提出了信息物理融合系統(tǒng)中具有反應(yīng)擴(kuò)散效應(yīng)的時(shí)滯惡意病毒傳播模型,研究了惡意病毒傳播的空間格局動(dòng)態(tài)演化機(jī)制,為惡意病毒在信息物理融合系統(tǒng)中的預(yù)測(cè)和控制提供了戰(zhàn)略指導(dǎo).李枝強(qiáng)等針對(duì)一類具有時(shí)變擾動(dòng)的非線性多智能體系統(tǒng),研究其在有向拓?fù)湎碌囊恢滦愿檰栴},提出了一種基于精確估計(jì)的復(fù)合自適應(yīng)預(yù)設(shè)有限時(shí)間漏斗控制方法,通過結(jié)合智能體間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與權(quán)值復(fù)合更新律的設(shè)計(jì)思想,建立復(fù)合估計(jì)模型來提高逼近精度,進(jìn)而增強(qiáng)多智能體系統(tǒng)的魯棒性.王清華等通過設(shè)計(jì)輸入時(shí)滯補(bǔ)償動(dòng)態(tài)變量,構(gòu)造Funnel函數(shù)結(jié)合非線性濾波器設(shè)計(jì)了帶有輸入補(bǔ)償動(dòng)態(tài)變量的新型動(dòng)態(tài)面Funnel控制方案.李文杰等建立了非線性時(shí)滯系統(tǒng)基于降階觀測(cè)器的反步鎮(zhèn)定控制設(shè)計(jì)方案.孫猛等針對(duì)具有輸出非對(duì)稱死區(qū)的非嚴(yán)格反饋非線性系統(tǒng),設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,相較于輸出對(duì)稱死區(qū),輸出非對(duì)稱死區(qū)更具一般性和廣泛性,也更具實(shí)際工程研究?jī)r(jià)值.

在非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方面,張宇等針對(duì)含不確定關(guān)聯(lián)項(xiàng)的級(jí)聯(lián)RTAC系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制問題,提出了一種基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的分散控制方案,通過動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)不確定關(guān)聯(lián)項(xiàng)、補(bǔ)償系統(tǒng)建模誤差,建立了級(jí)聯(lián)RTAC系統(tǒng)分層滑?？刂扑惴?以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)RTAC系統(tǒng)的高精度分散鎮(zhèn)定控制.林雷等針對(duì)系統(tǒng)輸出中存在正的且有界的乘性噪聲情形,研究了一類非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)抗測(cè)量噪聲的輸出反饋鎮(zhèn)定問題,給出了閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件.周靖峰等研究了前提不匹配的區(qū)間2型模糊系統(tǒng)的事件觸發(fā)預(yù)測(cè)控制問題,提出了一個(gè)區(qū)間2型模糊系統(tǒng)模型,包括一個(gè)動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)機(jī)制和一個(gè)預(yù)測(cè)控制器,得到了系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件和控制器增益.邱偉文等針對(duì)執(zhí)行器受Preisach類型磁滯約束的嚴(yán)格反饋系統(tǒng)的預(yù)定暫態(tài)性能跟蹤控制問題,提出了自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法.李應(yīng)森等針對(duì)具有傳感器故障的一類嚴(yán)格反饋非線性系統(tǒng),設(shè)計(jì)了一種有限時(shí)間自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面容錯(cuò)控制方案.楊中林等研究了線性系統(tǒng)的事件觸發(fā)輸出反饋有限時(shí)間有界控制.

關(guān)于非線性系統(tǒng)理論在機(jī)器人、航空航天、電氣系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用,孫國(guó)法等針對(duì)機(jī)械臂系統(tǒng)存在建模誤差及未知擾動(dòng)問題,設(shè)計(jì)了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的改進(jìn)型非奇異快速終端滑?？刂撇呗?在提高機(jī)械臂系統(tǒng)跟蹤誤差收斂速度的同時(shí)能夠削弱控制器輸出抖振,避免終端滑模存在的奇異性問題.為滿足故障及擾動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)的性能需求,劉舒暢等提出了一種基于自適應(yīng)線性自抗擾控制的飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)重構(gòu)控制設(shè)計(jì)方法.丁海旭等針對(duì)城市固廢焚燒過程中因機(jī)理反應(yīng)復(fù)雜等原因?qū)е卤豢貙?duì)象模型難以建立的問題,設(shè)計(jì)了一種基于T-S型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多輸入多輸出模型.王興貴等針對(duì)MMC半橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)并網(wǎng)電流控制中,采用傳統(tǒng)PI控制方法時(shí)其動(dòng)態(tài)性能較差的問題,提出了一種基于無源控制的并網(wǎng)電流控制策略.石尚等針對(duì)具有未知參數(shù)的不確定Chua電路系統(tǒng),提出了基于Volterra積分算子的固定時(shí)間自適應(yīng)參數(shù)估計(jì)算法,有效地消除系統(tǒng)初始值的影響,同時(shí)避免了對(duì)系統(tǒng)輸出導(dǎo)數(shù)的計(jì)算.徐寶昌等針對(duì)鉆井系統(tǒng)這類不可測(cè)狀態(tài)中含有未知參數(shù)的非線性系統(tǒng),提出了一種新的自適應(yīng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法,對(duì)傳統(tǒng)觀測(cè)器匹配條件進(jìn)行改進(jìn),使其能夠?qū)PD系統(tǒng)中的未知參數(shù)進(jìn)行解耦.蓋文東等研究了基于動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)的無人機(jī)非線性系統(tǒng)故障檢測(cè)問題,提出了新的動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)Hi/H∞故障檢測(cè)方法,在動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)條件下,實(shí)現(xiàn)了故障檢測(cè)濾波器殘差與事件傳輸誤差完全解耦,能夠避免連續(xù)通信和Zeno現(xiàn)象.李茂青等建立了基于多質(zhì)點(diǎn)模型的動(dòng)車組精準(zhǔn)停車自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)方法.

由于時(shí)間關(guān)系以及控制理論與多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn),?？l(fā)表的論文可能存在不足,代表性也不夠全面,敬請(qǐng)諒解.感謝作者分享他們的研究成果,感謝審稿專家對(duì)投稿提出的寶貴意見,感謝《控制理論與應(yīng)用》編輯部對(duì)專刊出版給予的大力支持,他們嚴(yán)謹(jǐn)、高效的工作確保了?？軌蚝妥x者及時(shí)見面.