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切换动态系统是一类重要的混合动态系统,它是由几个连续时间子系统或离散时间子系统及作用在其中的切换规则构成的.切换系统不同于一般的连续时间系统或离散时间系统,它具有一些特殊的性质.由于切换的存在使得系统的动态特性变得非常复杂,例如系统的状态轨迹可能会发生跳变,系统的稳定性可能会发生改变.因而,切换规则的选择是非常重要的.在过去三十年中,控制界对切换系统的建模、分析、综合与控制的研究兴趣不断升高.切换系统分析和切换控制的研究越来越受到人们的关注.
本文主要讨论二阶线性连续(离散)时间切换系统的反馈控制器设计与切换策略的设计,以及闭环系统的全局渐近稳定性、二次稳定性和状态响应的动态品质.本文的主要研究成果如下:
一、研究了二维离散时间切换系统的二次可镇定性问题.在子系统可镇定或者可控的前提下,通过设计切换状态反馈控制器,给出了系统二次可镇定的充要条件,从而保证了任意切换下闭环系统的二次稳定性.同时,给出了切换状态反馈控制器和闭环切换系统的公共李雅普诺夫函数的设计算法.
二、考虑了一类单输入线性切换系统的可镇定性问题.利用变结构控制将系统进行降维,通过对系统滑动模态的研究,得出了系统一致可镇定的充分条件,以及系统存在容许镇定策略的充分条件.给出了具体的容许镇定策略集合.并针对二阶切换系统给出了详细的容许镇定策略.
三、分析了二阶闭环切换系统在切换线附近的动态行为品质.受变结构控制思想的启发,提出切换线的趋近域和远离域的概念,进而得出系统在切换线上是否会发生滑动模态的充分条件.在切换延迟时间大于零的情况下,得出系统仍会在切换线上发生准滑动模态的充分条件.
本文对主要的设计方案进行了仿真研究.仿真结果表明,本文所给出的控制器设计方案均可以获得良好的控制效果.