题目：一类非最小相位飞行器的跟踪控制研究

非线性非最小相位系统系指具有不稳定内部动态或零动态的非线性系统。非最小相位特性限制了大多数非线性控制方法(如反推控制、反馈线性化、滑模控制等) 的直接应用，因此关于非线性非最小相位系统的研究是控制理论与应用研究中具有挑战性的问题之一。 垂直起降(Vertical Take-Off and Landing, VTOL)飞行器是一类典型的多输入多输出非线性非最小相位系统。该类系统对阶跃信号具有“负调”特性，且其不稳定的内部动态在无约束情形下会导致系统发散。同时，在飞行器系统中，外部干扰、测量元件失效及测量回路中的时滞等因素均可导致飞行品质的下降，甚至会危及飞行安全和飞行任务的完成。为此，本论文借助非线性控制理论与方法，首先分析了VTOL 飞行器的非最小相位特性的具体成因及物理表现，进而研究了不同情况下该类系统的输出跟踪控制方法。 更具体地，主要研究成果如下： 本文首次利用稳定系统中心(Stable System Center) 方法求解出VTOL 飞行器内部动态的因果有界解，即理想内模(Ideal Internal Dynamics)，从而避免了复杂的迭代离线计算过程，且不要求已知期望输出信号的未来信息，因而可保证飞行过程中避障情况下的输出跟踪； 针对一类具有输入干扰的多输入多输出非线性非最小相位系统，为消除干扰影响，将不确定性与干扰估计方法扩展到非最小相位系统的控制器设计上。所提出的状态反馈控制器不但使系统输出跟踪期望的轨迹，而且也使不稳定的内部动态保持有界。通过VTOL 飞行器模型进行了仿真，结果表明所设计的控制器具有良好的输出跟踪与干扰抑制能力； 为消除输入干扰与非匹配不确定性的影响，在VTOL 飞行器的状态观测器中首次引入了辅助控制信号，达到了消除干扰的目的，并有助于求解受扰理想内模； 针对无速度测量的时滞VTOL 飞行器，应用Pad´e 逼近技术，把原有被控系统转化成一个无延时的高维系统。所设计的控制器克服了测量延时的影响，且具有良好的输出跟踪性能。