题目：基于先进微分器及观测器的控制理论及应用研究

跟踪微分器 (TD) 和扩张状态观测器 (ESO) 是作为自抗扰控制理论的重要组成部分被提出来的。跟踪微分器由于其在信号处理中的优良性质，被广泛应用于控制理论研究与工程实践。本文利用跟踪微分器不依赖于系统状态模型和量测噪声统计特征等特点，取代状态观测器将其应用于刚性机械臂和挠性航天器的控制上，设计的控制器仅利用输出信息，避免了设计状态观测器以及引入状态观测器误差。由于跟踪微分器的引入会导致系统的不稳定，本文重新设计了稳定控制律并构造合适的Lyapunov函数进行了稳定性分析。特别地，针对挠性航天器存在着模型不确定性因素以及外部扰动，设计了具有更强鲁棒性的不敏感输入成型（EI）与零微分输入成型（ZV）相卷积的8脉冲多模态输入成型器来抑制挠性航天器的一、二阶挠性振动。然后借鉴混合跟踪微分器的设计思想，采用线性部分与非线性部分相结合的方式设计了一种扩张状态观测器，分析了扩张观测器的收敛性和观测误差，并与其他扩张观测器进行仿真对比。最后针对系统中输出测量信号存在时间延迟问题，通过变结构技术改进了一种输出延迟观测器，提高了观测器对系统不确定性和干扰的鲁棒性，而且收敛速度更快。将改进后的输出延迟观测器应用于飞行仿真转台伺服系统中，在系统外界干扰未知的情况下，设计了基于趋近律的滑模控制器，仿真验证了方法的有效性。