自然是一般非线性响应的物理和工程系统是非线性的。近似方法是一个简单和良好的工具来处理非线性效应有时,但它通常损害原非线性系统的特点,导致错误,误解或错误结论。设计者必须熟悉基本技术用于考虑非线性系统。他必须能够分析系统中多余的非线性的影响,合成非线性系统来改善动态性能(1]。
在过去的几年中,非线性控制系统经历了日益流行和这些发展的动机是广泛的应用,特别是机械系统等领域,飞机飞行控制系统和电气系统。许多新思想,方法和结果出现非线性领域的控制系统。
所有控制系统,稳定性是主要的要求。的一个最广泛使用的稳定控制理论的概念李雅普诺夫稳定性。李雅普诺夫稳定性理论是广泛使用在系统分析和设计中,和许多非线性系统技术是在此基础上开发的。
能源和耗散的概念与李雅普诺夫理论和耗散系统理论是开发的2]。能源和耗散的基本概念在科学和工程实践,在通常认为动力系统能量转换设备。控制问题可以重新找到动力系统和互联模式来让整个能量函数所需的形式。这种能量形成摘要根据无源性控制(PBC)方法是本质,众所周知的控制器设计技术在机械系统和电气系统现在(3]。
控制李雅普诺夫函数的概念和input-to-state稳定非线性控制系统的介绍了(4]。这一理论的成功在很大程度上是由于它能够分析复杂结构的基础上,基本子系统的行为在一个合适的输入-输出(稳定、被动等),结合使用的工具,比如小增益定理描述互连。这个理论被应用到化学和生物学过程。
微分几何也被证明是一种有效的非线性控制系统分析和设计的方法,和可控制性和可观测性的概念研究了非线性系统(5]。Isidori零动态的概念,并介绍了几何控制理论(6]。有许多有趣的几何控制理论的应用,例如,飞机在高角度的攻击,行走机器人,和量子系统1]。
一些内部信息的估计或州自然出现在控制系统中,作为一个不能使用传感器测量信号在某些情况下。然后的问题观察者为非线性控制系统的设计也很重要。很多观察者设计非线性控制系统和应用程序所示(7]。
非线性控制系统的另一个重要的研究领域是设计控制器来处理不确定性,主要是由于缺乏知识系统的参数、建模误差和外部干扰。根据这些需求,开发自适应控制来估计未知参数,并成长为最富有的领域之一的算法,设计技术,分析工具,修改8,9]。然而,disturbance-free植物模型的自适应方案设计可能会不稳定的小扰动;鲁棒自适应控制是发达,可以处理的参数不确定性,建模误差和外部干扰(10]。
现代启发式黑箱式控制方法对于非线性控制系统,也称为智能控制,如神经网络、机器学习、模糊逻辑,已经得到了广泛的应用。它并不一定需要一个分析模型,他们是在数据的基础上开发的。这些方法可以应用到大数据的研究,这是非常有趣的研究在计算机科学领域。
最后,一种特殊的非线性控制系统,混合动力系统,展品连续时间和离散时间动态系统的特点(11]。它实际上出现在各种各样的应用程序,如制造系统、空中交通管理、汽车发动机控制和化学过程。混合动力系统也在网络化的嵌入式控制系统核心作用与物质世界和人类的运营商,像cyber-physical系统(CPS)。到目前为止,许多理论和技术对混合动力系统已经开发出来。
非线性控制系统领域有着光明的未来因为有许多重要和有趣的挑战。非线性控制系统的应用,如能源、医疗保健、机器人、生物学、和大数据研究,将先进的理论和技术发展迅速。我们希望系统理论的读者会发现他们有趣的研究课题为非线性控制系统在这个特殊的问题。
Zhitao刘
德清,黄
一帆兴
Chuanke张
Zhengguang吴
小傅霁