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几类间歇测量机制下的复杂系统基于干扰观测器的鲁棒控制研究

丁奎  
【摘要】:在过去的四十年中,基于干扰观测器的控制方法(DOBC)已经在各个工业领域得到研究和应用.尤其近十几年来随着科技的进步和网络技术的发展,多种控制策略,如间歇控制、自适应控制、切换控制、牵引控制、递归设计、采样控制、鲁棒控制等,被引入到一些不同的控制系统中来抑制干扰,并取得了一系列重要结果.本文主要针对三类复杂系统,研究了基于干扰观测器的鲁棒控制问题,包括具有外部干扰的不确定系统的鲁棒控制问题、具有未知外部扰动的Lipschitz非线性随机系统的鲁棒控制问题、具有外部干扰的随机时滞系统的鲁棒控制问题.与传统的干扰观测器设计方法相比,本文所设计的干扰观测器是基于系统状态信息间歇可测的,从而真实的反应了实际网络控制系统中由于数据传输时延、数据包丢失、通信带宽字节受限导致系统状态信息不可完全可测的现实情况.因此本文所设计的干扰观测器具有非常重要的理论意义和应用价值.其主要工作如下:(1)研究一类具有外部干扰的不确定系统的鲁棒控制问题.假设干扰由外生系统产生,而状态信息被假定为仅在某些非重叠时间间隔上可用.与传统的干扰观测器不同,所提出的干扰观测器由切换脉冲方法来建模,该干扰观测器利用间歇状态数据来估计干扰,并基于干扰观测器的输出,设计了由间歇状态反馈控制器组成的复合控制器.通过应用分段时间倚赖的Lyapunov函数来分析所得闭环系统的稳定性.然后通过求解一组线性矩阵不等式(LMIs)得到了干扰观测器和复合控制器的增益矩阵.(2)研究了一类具有未知外部扰动的Lipschitz非线性随机系统的鲁棒控制问题.假定外部干扰是由外生系统产生,并且状态信息仅在部分断开的时间间隔上可用.提出了一种使用间歇状态反馈的复合控制器,该控制器由间歇状态反馈控制器和补偿控制器(扰动观测器的输出)组成.使用分段时间依赖的Lyapunov函数同时结合凸组合、双线性矩阵不等式(BMIs)等技术分析闭环系统的稳定性,进而得到了干扰观测器新的设计策略.然后,根据矩阵不等式推导出所需复合控制器存在的充分条件.(3)研究了一类具有外部干扰的非线性随机时滞系统的鲁棒控制问题.假设系统状态信息在某些非重叠时间间隔上可利用.基于此,本文提出的基于干扰观测的非周期间歇控制策略,保证了复合随机时滞系统的均方指数稳定.同时,针对具有缓变时滞的系统,本文构造了分段时变Lyapunov泛函来充分挖掘干扰误差系统的动态特性,并基于所构造的Lyapunov泛函将具有外部干扰的随机时滞系统的鲁棒控制问题很巧妙的转化为一组LMIs可行性问题.然后利用BMIs技术处理了不等式,得到了干扰观测器和复合控制器的增益矩阵.


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