不确定分数阶非线性系统的T--S模糊控制研究

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近些年来,随着分数阶微积分理论的飞速发展,以及在实际的物理系统中越来越多的应用,分数阶系统的相关研究也成为了一个较为热门的方向。分数阶微积分作为整数阶微积分的推广,对一些复杂系统可以有更简洁的描述,并且分数阶微积分的引入可以增加控制器设计的自由度,改善控制品质。然而,在系统实际运行过程中,环境的变化、系统器件的磨损等原因会使得所建系统模型不再精确,也可能降低系统的可控性甚至导致系统处于不稳定状态。因此,研究带有不确定性的分数阶系统的鲁棒控制具有重要的理论价值和实践意义。
  本文通过研究分数阶T-S模糊系统和模糊控制器,来完成对不确定分数阶非线性系统的鲁棒控制。结合已有的研究结果,依据T-S模糊系统理论、分数阶系统稳定性理论和等价输入干扰原理等,推导并分析出不确定分数阶T-S模糊控制系统的稳定性判据和控制器的设计方法,从而实现分数阶非线性系统的控制。本文的主要内容有:
  (1)针对阶次为α(0<α<1)的带有参数摄动的分数阶T-S模糊系统,首先分析了带有参数摄动的分数阶线性系统的鲁棒控制问题。然后针对分数阶T-S模糊系统,结合分数阶Lyapunov直接法和埃米尔特矩阵的性质,以及相关Lyapunov候选函数的特性,分析并推导出了系统的稳定性判据和反馈控制器的设计方法。最后,通过数值仿真说明所得结论的有效性。
  (2)针对阶次为α(0<α<1)的带有外部扰动的分数阶T-S模糊系统,首先利用基于等价输入干扰(EID)的扰动抑制方法,分析了带有外部扰动的分数阶线性系统的控制问题。然后针对T-S模糊系统,结合线性系统的分析结论、并行分布补偿控制原理和分数阶系统稳定性判定定理,得到了系统稳定性条件和基于EID的控制器设计方法。最后,利用数值仿真说明所得结论的有效性。
  (3)针对阶次为α(0<α<1)的带有双重不确定性的分数阶T-S模糊系统,首先建立非线性分数阶系统的T-S模糊模型,再结合基于EID的扰动抑制方法和分数阶系统稳定性判定定理,以及并行分布补偿控制原理实现了分数阶T-S模糊控制器的设计。同时将稳定性判据以线性矩阵不等式的形式给出,并借助矩阵奇异值的分解方法得到了求解控制器增益和观测器增益的方法。最后,利用数值仿真说明所得结论的有效性。
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