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线性系统的动态与稳态特性直接受其极点所在位置的影响,因此极点配置问题一直是线性系统分析与设计的重要研究课题之一。由于在工程实践中,由辨识误差、元器件老化、线性近似化等诸多因素导致的参数不确定性使得精确极点配置有时难以实现;另一方面,在实际应用中,通常只需将极点配置到某一区域内就足以满足一定的控制目的。所以近20年来,线性系统的区域极点配置问题引起了人们的关注并取得了一定的研究成果。
相似组合大系统作为一类重要的复杂大系统,自张嗣瀛院士提出这一概念以来,得到了系统的理论研究,取得了一系列开创性的研究成果。但对相似组合大系统有关区域极点配置方面的研究还是空白。
Delta算子作为一种新的离散化方法引起了从事控制理论和信号处理等方面研究人员的普遍关注和研究兴趣,得到了较为系统的研究,取得了许多研究成果。但Delta算子系统基于区域极点配置的控制问题的研究工作还不多见。
本文针对这种情况,对这两类系统研究了利用状态反馈实现区域极点配置的问题和D稳定鲁棒状态观测器的设计问题。对Delta算子系统,亦研究了D稳定容错控制问题。这些工作概述如下。
首先对一类不确定循环对称组合大系统研究了圆形区域极点配置问题,即二次D镇定问题。充分利用系统的块循环对称结构将系统降阶,设计出分散D镇定控制器,从而把对高维的整个循环对称组合大系统的区域极点配置问题转化成了对一些独立的低维系统的相应的子问题,从而将这类不确定循环对称组合大系统的二次D镇定问题大大简化了。所得结果既可以限制在对称组合系统的情形,也可以推广到更一般的循环组合大系统上去。仿真算例说明了所设计方法的有效性。
其次,研究了不确定Delta算子系统利用状态反馈将其闭环极点配置在一指定圆形区域内的问题。给出了一类不确定Delta算子系统二次可D镇定的充要条件和二次可D镇定状态反馈控制器的设计方法。同时提供了说明该方法有效性的算例。
再次,研究了不确定Delta算子系统基于区域极点配置的鲁棒容错控制问题。给出了标称Delta算子系统D稳定容错状态反馈控制器存在的一个充分条件和设计方法。给出了一类不确定Delta算子系统D稳定鲁棒容错状态反馈控制器存在的一个充分条件和设计方法。
最后,研究了基于区域极点配置的状态观测器的设计问题。导出了一类不确定线性系统存在D稳定鲁棒状态观测器的充要条件和观测增益阵的设计方法,为利用这种观测器实现系统的其它控制指标提供了基础。在标称系统的情形,比前期该问题的解决方案更易于实现。仿真算例表明所给出的设计方法是有效的。并将这一结果推广到了Delta算子系统的情形和应用到了不确定循环对称组合大系统上。
这里特别需要说明的一点是,所有有关Delta算子系统的结果都将连续系统和离散系统相应的结果统一到了Delta算子框架中。
本文的一个特点是:将所得结果首先由代数Riceati方程表述,这是为了便于理论推导和控制器结构的分析;然后,为了便于控制器的设计和计算,在可能的情形,再将所得结果用线性矩阵不等式重新描述。
另一个特点是:在相似组合大系统有关问题的讨论中,充分利用到了系统的互联部分对整个系统所起到的积极作用,克服了把互联项视作干扰而带来的控制律设计的保守性,这正是研究复杂大系统所希望的。