Control of nonlinear systems with partial state constraints using a barrier Lyapunov function

反推 控制理论(社会学) 约束(计算机辅助设计) 李雅普诺夫函数 数学 数学优化 非线性系统 参数统计 国家(计算机科学) 自适应控制 控制(管理) 计算机科学 算法 物理 人工智能 统计 量子力学 几何学
作者
Keng Peng Tee,Shuzhi Sam Ge
出处
期刊:International Journal of Control [Taylor & Francis]
卷期号:84 (12): 2008-2023 被引量:442
标识
DOI:10.1080/00207179.2011.631192
摘要

Abstract This article addresses the problem of control design for strict-feedback systems with constraints on the states. To prevent the states from violating the constraints, we employ a barrier Lyapunov function (BLF), which grows to infinity whenever its arguments approaches some finite limits. Based on BLF-based backstepping, we show that asymptotic output tracking is achieved without violation of any constraint, provided that the initial states and control parameters are feasible. We also establish sufficient conditions to ensure feasibility, which can be checked offline without precise knowledge of the initial states. The feasibility conditions are relaxed when handling the partial state constraint problem as compared to the full state constraint problem. In the presence of parametric uncertainties, BLF-based adaptive backstepping is useful in preventing the states from transgressing the constrained region during the transient stages of online parameter adaptation. To relax the feasibility conditions, asymmetric error bounds are considered and asymmetric barrier functions are used for control design. The performance of the BLF-based control is illustrated with two simulated examples. Keywords: constrained systemsadaptive controlbacksteppingbarrier functions Acknowledgement We acknowledge partial financial support from the Basic Research Program of China (973 Program) under Grant 2011CB707005.
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