燕山大学华长春教授团队 | 针对具有未知时变功率非线性系统的基于事件的预设时间控制：一种非自适应控制策略

发布时间：2026-08-25来源：中国科学杂志社

研究团队

潘文龙，华长春，李昊，宁鹏举：燕山大学电气工程学院

引用本文

Pan W L, Hua C C, Li H, et al. Event-based prescribed-time control for uncertain nonlinear systems with unknown time-varying powers: a non-adaptive control scheme. Sci China Inf Sci, 2026, 69(7): 179204, doi: 10.1007/s11432-025-4766-y

研究意义

在现代控制理论中，系统稳定性与收敛速度始终是核心关注点。近年来，众多学者在提升非线性系统稳态性能方面取得显著进展，开发出多种控制策略，包括有限时间控制与固定时间控制。尽管这些方法能确保系统状态在有限时间内收敛至原点，但具体时长仍存在不确定性——其取决于初始条件或特定设计参数。为解决此类不确定性，预设时间控制方法近期备受关注。顾名思义，该方法使设计者能够精确指定系统达到稳定状态的时间点，且不受初始条件或系统参数影响。该控制方案在导弹制导系统等实际应用中已展现出卓越效能，因此探索预定时间控制至关重要。另一方面，现有研究普遍支持在系统存在不确定性时采用自适应控制方法。然而自适应控制常伴随复杂设计与高计算需求，因此开发结构简洁的控制方法至关重要。随着工程应用复杂性提升，传统线性或固定结构控制方法往往难以满足多模式运行、多任务处理或环境变化条件下系统的性能要求。因此，切换控制作为一种有效方法日益受到重视，它通过合理的切换策略使系统在不同运行模式下实现稳定或最优性能。近年来，切换控制吸引了大量研究关注。但该方法：无法明确系统达到稳定所需的时间，且可能导致控制器出现不连续性。因此，解决这些问题将成为本文的另一研究重点。

本文工作

本研究针对具有未知功率的不确定非线性系统，探讨了事件触发式预设时间控制方法。首先提出一种新型非自适应预设时间控制策略，该方法利用预设时间函数补偿系统不确定性，从而在给定时间间隔内实现系统状态归零。此外，我们设计了适用于未知功率非线性系统的事件触发规则，并通过悖论法验证其不存在芝诺现象。最后通过仿真实例验证了所提控制算法。

本文的创新点如下：

（1）提出一种新型非自适应预设时间控制方法，可保证系统状态在预定时间内收敛至零。相较于现有自适应方案，该方法具有更简洁的控制架构和更低的计算复杂度。

（2）开发了时变高增益控制算法，并构造了连续时变控制器。该方案克服了现有切换控制方案的局限性，特别是控制器的不连续性及无法确定稳定时间的问题。

（3）针对未知且时变功率的非线性系统提出动态事件触发机制。通过严谨的反证法证明，该方法可避免芝诺现象。

实验结果

本节通过基于二阶系统的仿真实例，对所设计的控制算法进行评估。为更清晰地展示所提出方法的优势，本文对传统自适应控制算法与本文提出的时变增益控制方法进行了对比仿真。图 1–5 展示了在不同初始条件下系统状态、控制输入以及事件触发响应情况。仿真结果表明，两种控制方案均能保证系统信号在预设时间内收敛至零。值得注意的是，尽管时变增益控制方案在初始阶段引入了一个补偿过程，使系统状态在早期呈现出一定程度的振荡行为，但其控制器响应中的振荡幅值相比自适应控制方案明显更小。此外，所提出控制方案下的触发事件次数显著减少，从而验证了该方法在节省通信资源方面的有效性。

相关阅读

燕山大学华长春教授团队 | 基于输出和估计状态触发的高阶全驱系统输出反馈控制

具有预设性能与饱和约束的高超声速飞行器离散时间最优控制

广东工业大学鲁仁全团队 | 基于高斯过程的自适应事件触发在线学习跟踪控制

郭睿,丰建文,黄廷文等 | 非线性多智能体系统的动态事件触发模型预测控制

南开大学刘忠信团队 | DoS攻击下基于事件触发的微电网分布式弹性二次控制

转载说明：本文系转载内容，版权归原作者及原出处所有。转载目的在于传递更多行业信息，文章观点仅代表原作者本人，与本平台立场无关。若涉及作品版权问题，请原作者或相关权利人及时与本平台联系，我们将在第一时间核实后移除相关内容。