几类非线性系统的饱和脉冲控制

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在实际控制工程中,系统往往会受到一些非线性约束的干扰,这对系统的控制设计研究及稳定性分析造成很大的困扰。饱和是一类常见的约束现象,实际系统中的状态变量常常会受到控制系统本身或者外界环境的影响,从而被限定在一定的范围内。这种对系统本身的状态或输入等进行约束的控制系统,一般称为状态饱和控制系统。脉冲系统是一类典型的非线性混杂系统,它是对广泛存在的突变现象的数学建模。同时,脉冲控制系统的出现解决了一些连续控制系统无法解决的问题,得到了广大研究学者的关注。本论文主要研究非线性脉冲系统的饱和输入问题,主要的研究工作分为以下几方面:首先,考虑了一类带有饱和状态依赖脉冲微分方程的稳定性问题,其脉冲幅度被限制在一个有限范围内。不同于现有一些文献中的线性假设条件,它是一个有界的脉冲动力学行为。首先,给出了一般饱和约束状态依赖微分系统的解的存在性和系统的每一个解都与脉冲面当且仅当碰撞一次的充分条件,结合比较原理、递推归纳法等工具给出了一些能够保证所给的状态依赖动力学网络指数同步的充分条件,并对结果进行了比较和仿真。第二,考虑了一类边界约束脉冲系统的稳定性问题,其中系统的状态被限制在某一个合理的区域内,而脉冲发生在给定区域的边界上,也就是说,当系统轨迹到达边界时就会触发脉冲行为。通过构造合适的Lyapunov障碍函数,给出了保证闭环系统稳定性和鲁棒稳定性的充分性条件。第三,提出了时滞系统的脉冲输入饱和问题,研究了非自治时滞系统在饱和脉冲控制下的指数稳定性问题。不同于传统的脉冲反馈控制,本文考虑了脉冲控制执行器的饱和现象。利用凸分析技巧、矩阵测度理论,以及不等式技术,通过引入辅助矩阵,给出了一些保证时滞自治动力系统指数稳定的判定条件。第四,利用饱和脉冲控制方法,研究了时滞变结构动力学系统的指数镇定问题。构造了两种类型的饱和脉冲控制器:全状态约束脉冲控制器和部分状态约束脉冲控制器。结合凸分析技巧、数学归纳法,以及矩阵测度理论等,给出了确保变结构动力学系统的指数镇定的判定准则。第五,研究了离散时间系统的时滞脉冲输入饱和问题,不同于一般的脉冲控制设计,本文在饱和脉冲控制设计中考虑了输入时滞的影响,模型更加符合实际系统建模。利用Lyapunov稳定性理论,给出了离散时间系统的饱和时滞脉冲控制系统的镇定条件以及耦合系统的同步条件。
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