时滞不确定系统的鲁棒无源控制

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在各类工业系统中,时滞现象极其普遍。时滞的存在使得系统的分析和综合变得十分复杂和困难。同时时滞的存在往往也是系统不稳定和系统性能变差的根源。另外,在工业控制中,为了进行有效的控制系统设计,一个复杂的动态系统必须用一个相对简单的模型来描述。实际系统和简化模型之间的差距称为不确定性。本文采用无源性理论研究系统的稳定性。无源性是系统耗散性的一个特例。耗散性的实质内容就是存在一个非负的能量函数,使得系统能量损耗总是小于能量的供给率。无源性正是供给率为输入输出信号之乘积形式的特例。对于给定系统,构造李雅普诺夫函数的过程就是无源化的过程。本文研究了一类不确定时滞系统的无源性,给出了其静态状态反馈控制或动态状态反馈控制存在的充分条件。 本文基于Lyapunov稳定性理论,在时域内以不确定时滞系统为研究对象,主要做了以下几方面的研究工作: (1)研究了一类不确定线性变时滞系统的鲁棒无源控制问题。利用矩阵变换方法给出动态控制器和静态控制器的关系。采用黎卡提不等式的方法设计状态反馈控制器,使得闭环系统是鲁棒稳定和无源的。 (2)研究了一类含非线性扰动的线性系统的时滞依赖无源控制问题。利用线性矩阵不等式方法,设计了保证系统闭环稳定的状态反馈控制器,给出了依赖于时滞导数最大值和最小值的控制器存在的充分条件。 (3)研究了一类不确定中立型常时滞系统的鲁棒无源控制问题。给出了系统稳定和严格无源的充分条件。利用线性矩阵不等式方法,得到了系统状态反馈控制器使得闭环系统鲁棒稳定和严格无源。 (4)分析了基于观测器的不确定中立型时滞系统的鲁棒无源控制问题。设计了一个线性状态观测器,使得对于所有可容许的参数不确定和时间滞后,观测过程是鲁棒稳定和无源的。利用线性矩阵不等式方法,给出了观测器存在的充分条件。 (5)研究了一类时滞广义线性系统的鲁棒无源控制问题。利用线性矩阵不等式方法,给出了静态状态反馈无源控制器和动态状态反馈无源控制器存在的充分条件,并构造了相应控制器。 最后,总结了全文并提出了未来的工作方向。
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