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《东南大学》 2005年
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切换混合动态系统的分析与控制器设计

宗广灯  
【摘要】: 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。 本文主要讨论线性不确定切换系统、时滞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、二次稳定性和指数稳定性。本文的主要研究成果如下: 一、研究了一类带有结构扰动的离散时间脉冲切换系统的鲁棒指数稳定性,假定切换系统包含了稳定子系统和不稳定子系统。应用平均驻留时间的概念,通过将切换系统的激励时间划分为稳定子系统的激励时间和不稳定子系统的激励时间,证明了只要切换系统的平均驻留时间以及稳定子系统与不稳定子系统的激励时间之比适当大,所设计的切换机制就可以保证切换系统是鲁棒指数稳定的,并具有期望的稳定裕度。与传统的李雅普诺夫函数方法相比,该设计思路简单、易实现。 二、考虑了带有状态跳跃和结构扰动的连续时间切换系统的指数稳定性。给定系统既可以包含稳定子系统又可以包含不稳定子系统。通过将系统总的激励时间划分为两部分,证明了只要系统的平均驻留时间充分大以及带有负测度子系统的激励时间与非负测度子系统的激励时间之比充分大,给定切换系统就是全局指数稳定的,并具有期望的稳定裕度。该部分的主要贡献在于为切换系统的指数稳定性研究提供了一种实际可行的算法。 三、分析了带有非线性扰动的离散时间切换系统的鲁棒二次镇定和渐近镇定问题,非线性扰动满足了匹配条件。基于公共李雅普诺夫函数方法和多李雅普诺夫函数方法,分别设计了切换系统鲁棒状态反馈控制器和鲁棒输出反馈控制器,给出了系统渐近镇定切换律的设计,保证了切换系统的二次稳定性和渐近稳定性。仿真结果验证了所提算法的正确有效性。 四、研究了带有结构扰动的线性不确定离散时间切换系统的鲁棒二次镇定和渐近镇定问题。基于李雅普诺夫函数方法,以矩阵不等式的形式给出了切换系统鲁棒状态反馈控制器和鲁棒输出反馈控制器设计,并设计了相应的切换律,保证了闭环切换系统的二次稳定性和渐近稳定性。 五、考察了具有结构扰动和非线性干扰的连续时间不确定切换系统的鲁棒状态反馈镇定问题,非线性干扰项包含了满足匹配条件和不满足匹配条件两部分。对于给定的不确定切换系统,研究了其二次镇定和渐近镇定问题。基于李雅普诺夫函数方法,以矩阵不等式的形式给出了切换系统鲁棒状态反馈镇定的若干充分条件。仿真结果表明,该部分的设计方法是有效的。该部分内容是在第三、四部分工作的基础上,所作的进一步研究。 六、考虑了一类带有状态时滞和非线性扰动的离散时间切换系统的鲁棒静态输出反馈镇定和动态输出反馈镇定问题。利用Schur补公式和线性矩阵不等式的相关概念,给出了闭环切换系统鲁棒全局一致渐近稳定的一系列充分条件。此外,本章还研究了切换系统渐近稳定时非线性扰动项所应该满足的最大上界,并指出这一问题可以通过判断一个凸优化问题的可解性来解决。所有结果均以线性矩阵不等式的形式给出。该部分设计思路简单、易实现。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP273

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 廖一波;;二阶切换线性系统的滑模控制[J];电脑知识与技术;2011年16期
2 王培光;胡军格;李丹丹;;具有脉冲作用的离散广义切换线性系统的稳定性[J];河北大学学报(自然科学版);2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高丽君;具有Markov切换的跳跃系统稳定性分析[D];曲阜师范大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 颜明;基于饱和切换的转台控制系统分析与综合[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 胡军格;基于驻留时间的切换系统分析[D];河北大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高建平,陈宗基;基于LMI的混合系统的稳定性和鲁棒镇定研究[J];北京航空航天大学学报;1999年03期
2 张霄力,刘玉忠,赵军;一类切换系统的鲁棒控制[J];东北大学学报;2000年05期
3 秦世引,宋永华;混杂控制系统的结构体系分析[J];电力系统自动化;2000年11期
4 陈宗基,杨振宇;混合系统的描述、分析与设计[J];高技术通讯;1997年11期
5 莫以为,萧德云;混合动态系统及其应用综述[J];控制理论与应用;2002年01期
6 谢广明,郑大钟;一类混合动态系统的能控性和能观性研究[J];控制理论与应用;2002年01期
7 张霄力,刘玉忠,赵军;一类离散切换系统的渐近稳定性[J];控制理论与应用;2002年05期
8 张红涛,刘新芝;关于一类脉冲切换系统的鲁棒H_∞控制[J];控制理论与应用;2004年02期
9 宗广灯,武玉强,杨洪勇;一类离散时间切换混杂系统鲁棒控制[J];控制理论与应用;2005年05期
10 张霄力,赵军;一类线性切换系统的鲁棒状态反馈镇定[J];控制与决策;2001年S1期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王丽丽;胡猛;;关于一类不确定脉冲切换系统的H_∞控制[J];安阳师范学院学报;2009年02期
2 于洪辉;严振华;王明哲;;基于着色Petri网的混杂监控系统建模分析[J];兵工自动化;2012年05期
3 顾则全;刘贺平;李晓理;廖福成;;一类线性不确定切换系统的鲁棒镇定[J];北京科技大学学报;2007年12期
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5 刘玉忠,张霄力,孙洪飞,赵军;非线性开关系统二次稳定的一个凸组合条件[J];东北大学学报;2001年06期
6 景丽,李浚圣,高立群;线性开关系统基于梯度的渐近稳定切换算法[J];东北大学学报;2003年06期
7 赵军,金刚;一类不确定非线性切换系统的鲁棒容错控制[J];东北大学学报;2004年03期
8 汪锐,赵军;一类非线性不确定切换系统的鲁棒可靠控制[J];东北大学学报;2005年08期
9 赵胜芝,李建华,赵军;一类区间切换系统的鲁棒稳定性[J];东北大学学报;2005年10期
10 杨红;赵军;;一类不确定切换模糊系统的鲁棒控制[J];东北大学学报;2006年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姬兴民;;一类线性切换系统的鲁棒状态反馈镇定[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 王明顺;沈谋全;;寻迹竞速机器人的设计与实现[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 赵育强;孙振东;;多智能体的分散混合控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 姚照辉;鲍文;;高超声速飞行器调节/保护多模式切换控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 赵胜芝;左淑梅;;一类非极小相位切换系统的H_∞控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
6 景丽;李晓倩;;线性切换系统的滑模控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 马国梁;陈庆伟;胡维礼;;一类不确定离散时间切换系统的鲁棒H_∞控制[A];第十七届全国过路控制会议论文集[C];2006年
8 金刚;赵军;;带有时滞切换系统的鲁棒容错控制[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
9 宗广灯;武玉强;;一类离散时间切换系统鲁棒控制[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
10 张颖;段广仁;付艳明;;含时变时滞的切换系统保性能控制器设计[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 尹安东;基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究[D];合肥工业大学;2010年
2 林东亮;温室环境控制混合系统建模与分析[D];上海大学;2010年
3 袁帅;时滞切换系统H_∞故障估计问题研究[D];山东大学;2011年
4 王小方;260kVA无源软开关辅助变流器研究[D];中南大学;2011年
5 夏明;高速铁路列车运行图网络协同编制优化方法与关键技术研究[D];北京交通大学;2011年
6 赵瑞艳;具有切换结构的非线性系统最优控制方法研究[D];中国石油大学;2011年
7 安群涛;三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 姜大鹏;多水下机器人协调控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 叶剑雄;一类微生物发酵的多种非线性动力系统建模与优化[D];大连理工大学;2011年
10 刘毅;几类切换模糊系统的镇定控制设计[D];东北大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯小芳;几类离散系统的稳定性分析[D];郑州大学;2010年
2 李建民;AUV水下回收预测与协调控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李帅;基于LMI的时滞切换系统的反馈控制[D];电子科技大学;2010年
4 霍永强;混杂模型框架下汽车动力传动系统优化控制研究[D];浙江大学;2011年
5 王林涛;混杂系统优化控制数值求解及其在非线性系统控制中的应用[D];浙江大学;2011年
6 张婷;一类混杂系统的最优控制及其稳定性分析[D];大连交通大学;2010年
7 王中科;混杂系统渐近行为及工程应用的分析[D];大连交通大学;2010年
8 李晓倩;时滞不确定系统的滑模变结构控制[D];沈阳师范大学;2011年
9 李岩;一类不确定性区间时滞切换系统的稳定性分析及保成本控制[D];沈阳师范大学;2011年
10 郑海宁;两类时滞切换系统的鲁棒控制问题研究[D];曲阜师范大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 舒慧生,魏国亮;It型随机线性Markov切换系统的可控性[J];东华大学学报(自然科学版);2005年01期
2 许建强;;具有饱和输入变时滞系统的自适应滑动模控制[J];电气自动化;2010年05期
3 孙文安;董世山;邹开其;陈刚;;线性周期切换系统的渐近稳定性[J];辽宁工程技术大学学报;2006年01期
4 张达科,胡跃明;任意切换时间下的二维线性混合系统的滑模控制[J];计算机工程与应用;2004年12期
5 莫以为,萧德云;混合动态系统及其应用综述[J];控制理论与应用;2002年01期
6 刘金琨;孙富春;;滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J];控制理论与应用;2007年03期
7 郑刚,谭民,宋永华;混杂系统的研究进展[J];控制与决策;2004年01期
8 尹玉娟;刘玉忠;赵军;;一类切换线性广义系统的稳定性[J];控制与决策;2006年01期
9 肖会敏;赵林;王春花;;一类带有变时滞的广义切换系统的滑模控制[J];控制与决策;2011年03期
10 聂宏,赵军;一类不确定切换组合系统的分散H_∞鲁棒镇定[J];自动化学报;2004年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 翟海峰;混杂系统分析与控制设计研究[D];浙江大学;2001年
2 杜福银;时变时滞系统滑模变结构智能控制策略研究[D];西南交通大学;2006年
3 邹洪波;切换线性系统稳定性若干问题研究[D];浙江大学;2007年
4 何召兰;几类切换系统的滑模控制[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 程慧慧;转台的多模式切换控制及其DSP实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 樊友高;饱和切换系统的分析与综合[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 邹明能;混合动态系统控制综合方法研究[D];天津大学;2003年
4 徐恒;交流伺服控制在转台控制系统中的应用研究[D];合肥工业大学;2006年
5 王锦华;饱和控制线性系统分析[D];青岛大学;2007年
6 刘栋;一类非线性系统的分析和模糊滑模控制[D];江苏大学;2007年
7 孔祥梅;滑模预测控制研究[D];北京化工大学;2007年
8 史贤俊;三轴测试转台控制方法研究与实现[D];山东大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王鹏;谭诚;高艳山;;切换转移率的随机Markov跳跃系统在驻留时间下的均方稳定性[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2012年03期
2 方洋旺;胡诗国;伍友利;李锐;;随机跳变系统状态估计与控制研究进展[J];空军工程大学学报(自然科学版);2010年04期
3 张凤蕊;李壮辉;顾则全;;一类不确定离散切换广义系统的二次保性能控制[J];四川师范大学学报(自然科学版);2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵旭东;非受限及Markov随机型线性切换系统的分析与控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 高在瑞;切换广义系统的稳定性与鲁棒控制[D];江南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王平;具有时变时滞的Markov跳跃不确定系统滑模变结构控制[D];长安大学;2011年
2 杜蕊;时变脉冲系统的能控性及稳定性研究[D];广西大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 张霄力,刘玉忠,赵军;一类切换系统的鲁棒控制[J];东北大学学报;2000年05期
2 秦世引,宋永华;混杂控制系统的结构体系分析[J];电力系统自动化;2000年11期
3 陈宗基,杨振宇;混合系统的描述、分析与设计[J];高技术通讯;1997年11期
4 谢广明,郑大钟;一类混合动态系统的能控性和能观性研究[J];控制理论与应用;2002年01期
5 谢广明,郑大钟;线性切换系统的矩阵系数多项式描述模型[J];控制与决策;2000年03期
6 史忠科;离散系统鲁棒稳定的简化条件及其反馈控制方法[J];控制与决策;2003年02期
7 宗广灯,武玉强;一类离散时间切换系统鲁棒控制器设计[J];控制与决策;2004年06期
8 翟长连,何苇,吴智铭;切换系统的稳定性及镇定控制器设计[J];信息与控制;2000年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于瑞林;郭磊;;一类有限时间切换系统的最优控制问题[J];控制理论与应用;2010年08期
2 张霄力,刘玉忠,赵军;一类离散切换系统的渐近稳定性[J];控制理论与应用;2002年05期
3 杨根科,卫军胡,曾建潮,孙国基;线性切换系统的周期性平稳性分析[J];系统工程理论与实践;1999年07期
4 宋杨;向峥嵘;胡维礼;;参数不确定切换系统饱和控制器的随机梯度求解方法[J];控制与决策;2006年11期
5 王培光;胡军格;李丹丹;;具有脉冲作用的离散广义切换线性系统的稳定性[J];河北大学学报(自然科学版);2008年06期
6 刘芬;王仁明;李寒生;曾晓;;统一混沌系统的脉冲切换控制[J];中原工学院学报;2006年02期
7 张长学;武玉强;宗广灯;;一类单输入线性切换系统的可镇定性研究[J];控制与决策;2006年07期
8 尹玉娟;赵军;;具有脉冲作用的切换线性广义系统的稳定性[J];自动化学报;2007年04期
9 丛屾;费吉庆;费树岷;;二维切换系统指数镇定问题研究[J];控制与决策;2006年10期
10 方一鸣;范志远;欧发顺;焦晓红;;输入有饱和的轧机液压伺服系统的的多模型切换控制[J];控制理论与应用;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢广明;郑大钟;;一类混合动态系统的能控性和能观性研究[A];第十九届中国控制会议论文集(一)[C];2000年
2 韩彦武;汤红吉;;一类离散时滞切换系统的鲁棒H_∞控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 徐培刚;李现卫;孙振东;;关于切换系统的一个仿真例子[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
4 赵胜芝;左淑梅;;一类非极小相位切换系统的H_∞控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 王泽宁;费树岷;冯纯伯;;多控制器切换系统的耗散性和可镇定性分析[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
6 刘娟;钱伟;费树岷;;时滞切换系统的指数稳定性[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 李涛;关治洪;;一类脉冲型蠕虫传播系统的稳定性分析[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年
8 过卫;黄永仁;;液体强耦合体系多脉冲作用的计算问题[A];第五届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1988年
9 梁昌裕;向峥嵘;;非线性时滞切换系统的鲁棒H_∞滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 王东;王伟;;区间变时滞切换系统的指数稳定分析[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张雪松;内蒙局一〇四队发明电机自动化切换系统[N];中煤地质报;2010年
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3 曙光研发部KVM项目组:沙超群;曙光大规模KVM切换系统技术漫谈之三[N];计算机世界;2003年
4 曙光研发部KVM项目组 李连波;曙光大规模KVM切换系统技术漫谈之四[N];计算机世界;2003年
5 胡斌;超市发切换系统 大商、物美再起纠纷[N];中国商报;2004年
6 南京 沈永明;DM500S卫星多媒体接收机极化电压切换故障的检修[N];电子报;2008年
7 本报记者 谢斌鑫;让网管工作在悠闲中[N];中国计算机报;2005年
8 刘晨亮;KVM切换器选购要素[N];中国计算机报;2007年
9 高远心;可手动换色轮NEC NP4001+工程机上市[N];电子资讯时报;2008年
10 广西 黄毓勇;插卡卫星接收机使用小技巧[N];电子报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宗广灯;切换混合动态系统的分析与控制器设计[D];东南大学;2005年
2 高丽君;具有Markov切换的跳跃系统稳定性分析[D];曲阜师范大学;2007年
3 彭宇平;切换系统的反馈设计和性能优化[D];华南理工大学;2010年
4 郭荣伟;多平衡点切换系统的稳定分析和控制设计[D];山东大学;2011年
5 陈国培;几类混合动态系统的稳定性分析及其控制[D];西安电子科技大学;2008年
6 于瑞林;混合动态系统的最优控制理论与应用[D];山东大学;2009年
7 赵瑞艳;具有切换结构的非线性系统最优控制方法研究[D];中国石油大学;2011年
8 闻继伟;随机切换系统的模型预测控制研究[D];江南大学;2011年
9 张丹;复杂切换系统分析及其在网络化系统中的应用研究[D];浙江工业大学;2012年
10 赵旭东;非受限及Markov随机型线性切换系统的分析与控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孔洋洋;不确定切换系统鲁棒控制研究[D];曲阜师范大学;2007年
2 赵素玲;切换系统的稳定性与鲁棒镇定[D];沈阳工业大学;2003年
3 闫进娟;不确定离散时滞切换系统鲁棒H_∞问题研究[D];曲阜师范大学;2010年
4 张长学;二阶切换系统的可镇定性研究[D];曲阜师范大学;2006年
5 隋汝菊;时滞切换系统的可靠性控制[D];曲阜师范大学;2011年
6 刘亚玲;几类时滞切换系统的鲁棒控制[D];杭州电子科技大学;2011年
7 樊友高;饱和切换系统的分析与综合[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 郑海宁;两类时滞切换系统的鲁棒控制问题研究[D];曲阜师范大学;2011年
9 魏云亮;连续时间切换系统的鲁棒L_2-L_∞控制问题研究[D];曲阜师范大学;2011年
10 毛北行;切换系统的鲁棒稳定性问题研究[D];郑州大学;2004年
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