基于齐次系统理论的二阶非光滑采样控制系统分析与综合

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基于齐次系统理论的非光滑控制算法因其适应性、快速性和强抗干扰性而在机电系统中被广泛研究和应用。然而,随着计算机技术的发展,越来越多的控制器的实现方式是基于采样控制的数字控制方式,此时控制器是离散时间的,而被控对象一般是连续时间的,这意味着整个闭环控制系统是连续时间和离散时间信号耦合的混合系统。由于控制器本身的非光滑特性,闭环系统的稳定性和鲁棒性分析将更加困难。本文围绕非光滑采样控制系统设计与分析展开,为非光滑控制算法的数字化应用提供理论基础。此外,考虑到网络控制中,控制信号和观测信号可能因为受到拒绝服务攻击而丧失,本文研究了拒绝服务攻击下的非光滑控制理论,为非光滑控制算法在网络控制系统中的安全性提供理论支撑。非光滑采样控制算法,又称为离散非光滑控制算法。本文的主要工作如下所示。首先,设计了一种新的离散非光滑观测器,将连续非光滑观测器和非连续观测器在离散时间域的证明统一了起来。通过李雅普诺夫函数法,得到了观测误差与控制参数、采样周期和外部干扰关系的显性表达式,并据此对系统的齐次度进行合理地选参,获得了更高的观测精度。然后,对含非匹配项的二阶系统设计了二类新的离散非光滑控制算法,一类是以非连续符号函数为特点的二阶离散非光滑控制算法,另一类是将扰动前馈补偿和连续非光滑状态反馈相结合的无抖振二阶离散非光滑控制算法。其中扰动前馈补偿是基于离散非光滑观测器实现的。通过李雅普诺夫函数法,得到了系统稳态误差与采样周期、控制参数和外部干扰关系的显性表达式,据此对系统的齐次度进行选参,获得了最佳齐次度,既实现了控制输入的无抖振,又获得了更高的控制精度。从非光滑控制算法角度,完成了广义离散加幂积分法的统一证明。最后,以一阶系统为例,提出了拒绝服务攻击下的非光滑控制系统稳定性分析策略,得到了稳定性成立的充分条件,并将结果进一步扩展到基于加幂积分法的二阶非光滑采样控制系统中。
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