题目：面向输出测量时滞非线性系统的观测与控制研究

时滞，顾名思义，是指在时间上的滞后。从控制理论的观点来看，时滞是指系统状态变化率不仅与当前时刻的状态有关，还与过去时刻的状态相关。由于时滞广泛地存在于各类实际工程系统中，对时滞系统的研究已经成为近年来广大学者所关注的热点问题之一。

根据时滞出现在系统中位置的不同，可以将时滞分为状态时滞、输入时滞和输出时滞。本文将主要针对带有输出时滞的系统进行深入的研究和讨论。输出时滞，是由于测量仪器和控制器之间因为距离过远、数据传输速度过慢等原因，而使得系统的控制器在得到系统输出时，包含了一定的时滞，使得控制器和系统输出中间有了时间差。

虽然，时滞的存在有时会起到稳定系统的作用，但更多时候，时滞的存在会降低系统性能，更为严重的会使系统失去稳定性。另外，同无时滞系统相比，时滞的存在也使得系统的响应速度变差，给控制系统的分析造成了很大的困难。因而，如何处理输出时滞系统，来保证系统的稳定性，是一个非常需要解决的难题。

本文的目标是通过设计观测器，消除时滞对系统的影响，使控制器可以同步系统输出，在此基础上设计控制器，保证闭环系统的稳定性。在设计过程中，需完成以下关键技术：

(1) 带有时变输出时滞的多输入-多输出非线性系统的观测器设计问题；

(2) 带有系统状态扰动和测量噪声的非线性系统的观测器设计问题；

(3) 可保证观测误差指数收敛的观测器设计问题；

(4) 基于观测器的闭环系统的镇定控制和跟踪控制问题。

本文从系统状态观测和系统控制两个角度出发，主要完成了以下几个方面的工作：

（1）针对带有时变输出时滞的单输入单输出和多输入多输出非线性系统，设计全维状态观测器，消除时滞对系统的影响。通过Lyapunov-Rzumikhin定理，给出了观测误差渐近收敛的结果。此外，将研究结果应用到VTOL飞行器中，解决了时变输出时滞情况下的系统状态观测问题。

（2）在考虑系统状态扰动和测量噪声的情况下，针对时变输出时滞的非线性系统，提出了滑模观测器，得到了理想状态下的系统状态，消除了状态扰动和测量噪声以及时滞对系统的影响，提高了观测系统的观测性能。

（3）针对带有时变输出时滞的非线性系统，提出了可保证观测误差指数收敛的观测器，加快了观测误差的收敛速度。

（4）针对带有时变输出时滞的非线性系统，设计了镇定控制器和跟踪控制器，解决了闭环系统的镇定控制和跟踪控制问题，实现了对被控对象的控制。此外，将设计结果应用到柔性机械臂中，验证了结果的有效性。