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文档简介
1、第39卷 第2期 Vol.39 No.2 山 东 大 学 学 报 (工 学 版)JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCE) 2009年4月Apr.2009文章编号:167223961(2009)0220026211AsurveyonlinearizationofnonlinearsystemsCHENGDai2zhan,LIZhi2qiang(InstituteofSystemsScience,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)Abstract:Linearizationisoneoft
2、hemostpowerfultoolsincontrolofnonlinearsystems.Ithasobtainedvariousapplicationsinaircraftpilotcontrol,safetycontrolofpowersystems,chemicalreactorcontrol,economicalsystem,biologicalsystem,robotcon2troletc.Thissurveyoutlinesthelonghistoryandtherecentdevelopmentoflinearization,includingdifferenttechniq
3、uesandusefulresults.Wefirstrecallthedevelopmentofthelinearizationfromapproximatedonetoexactone.Poincare.slinearizationisre2viewed.Thenecessaryandsufficientconditionsandalgorithmsofthestatefeedbacklinearizationarementioned.Thenvariouskindsoflinearizationsaresurveyed,whichincludesthegloballinearizatio
4、n,fulllinearization,input2outputlinearization,non2reg2ularfeedbacklinearization.Partiallinearizationanditsrelationshipwithrelativedegreesaresequentiallydiscussed.Someotherlinearizationtechniquessuchasdynamicfeedbacklinearization,approximatelinearization,CarlemanLinearizationetc.arealsobrieflyintrodu
5、ced.Thepaperisexpectedtoprovideacompletepictureoflinearization:itspast,presentandkeyissuesforfurtherinvestigation.Keywords:linearization;Poincare.stheorem;statefeedback;non2regular;partiallinearization非线性系统线性化综述程代展,李志强(中国科学院数学与系统科学研究院,北京100190)摘要:非线性系统的线性化是设计非线性系统控制的强有力工具.这一方法已经在飞行器控制、电力系统的安全控制、化学反应
6、器控制、经济系统、生物学系统和机器人控制等领域得到广泛应用.本文阐述了非线性系统线性化的发展历史以及有深刻意义的结果.首先回顾从非线性系统的近似线性化到精确线性化的发展.主要内容包括Poincare线性化、系统能通过状态反馈线性化的充要条件和算法.然后介绍各种不同的线性化方法:动态反馈线性化,近似线性化,Carleman线性化等.本文主要目的是对非线性系统线性化的历史,现状和一些重要问题进行一个较完整全面的介绍,从而提供从事线性化理论与应用研究的基础.关键词:线性化;Poincare定理;状态反馈;非正则;部分线性化中图分类号:N941.1 文献标志码:A1 IntroductionLinea
7、rizationofnonlinearsystemsisoneofthemostpowerfulmethodindealingwithnonlinear(control)systems.Ithasbeenstudiedwidelyforalongtime,andmanyvaluabletheoreticalresultshavebeeoobtained.Linearizationhasalsobeenusedwidelytovariousengineeringproblems.Forinstance,aircraftcontrol122,powersystems,chemicalreactor
8、,34Receiveddate:2009203207Foundationitem:ThisworkwassupportedpartlybyNNSF60674022,60736022and60821091ofChinaBiography:CHENGDai2zhan(19462),male,professor,IEEEFellow,IFACFellow,hisresearchinterestsincludenonlinearsystemandcontrol,numericalmethodetc.E2mail:dcheng第2期5CHENGDai2zhan,etal:ASurveyonLineari
9、zationofNonlinearSystems678927economicalsystems,biologicalsystems,neuralnetworks,airconditioningsystems,ecologicalsystems,robot10controlsystems,etc.ThemodelofVTOLaircraftisnotlinearizablebystaticstatefeedbackbutlinearizablebydynamicstatefeedback.Aflightcontrollerisdesignedforthetwinrotorhelicoptermo
10、del.Thedesignmethodaccomplishespartiallinearizationby1applyingstaticfeedbacklinearizationtothemainandthelowersubsystemshierarchically.Input2outputfeedbacklin2earizationmethodologyisusedtodesignadecentralizednonlinearcontrollerforlarge2scalepowersystems.Itisprovedthataninput2outputlinearizingtypefeed
11、backcantakethetrajectoriesofthereactorarbitrarilyclosetothesetpoint,de24spiteofparameteruncertainties.Statespaceexactlinearizationmethodisappliedtodesignanonlinearfeedbackcontrol11125lawtocontroltheKaldorandtheBonhoeffer2VanDerPohlnonlinearsystems.Applicationsofthelinearizationareillustratedforthean
12、alysisoftwobiologicalsystemsandthesynthesisofaphysicalsystem.ThedynamicmodelofaVAVACplantisderivedandformulatedasaMIMObilinearsystem.Feedbacklinearizationisappliedfordecoupling8andlinearizationofthenonlinearmodel.Stabilizationviafeedbacklinearizationoftwo2speciescompetitionmodelsbasedinthechemostatisconsideredin.Nonregularstaticfeedbacklinearizationisappliedtoaclassofflexiblejoint10robots,andthecontrollerconstructedisgloballyasymptoticallystabilizing. AlinearsystemisnxÛ=Ax, xIR.(111)Itmaybecalledthesimplestdynamicsystem.Itsdynamicbehaviorsarecomplete
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