时滞系统的方差约束控制及其滤波器设计

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时滞是工程实际系统中普遍存在的现象,且是导致系统不稳定的一个主要因素,从而成为控制理论界广泛关注和近年来研究的重点之一。特别地,中立型时滞系统已逐渐成为控制领域的一个热点,并且日益受到人们的关注;此类时滞系统不但包含过去的运动状态,还包含过去运动状态的微分信息。然而对中立型系统的研究相对滞后,这主要是由于中立型泛函微分方程中差分算子较难处理,致使此类方程解的形式十分复杂。鉴于中立型系统是一类广泛存在于工程实践中的时滞系统,因此对其研究具有重要的理论需求和应用价值。本文着重探讨了不确定中立型系统的反馈控制与滤波问题;同时也研究了不确定离散时滞系统鲁棒控制问题。本文主要利用Lyapunov第二方法及协方差控制理论,基于运用Matlab中LMI工具箱求解线性矩阵不等式,针对不同类型的时滞系统,考虑其方差约束控制及其滤波问题,最终给出了控制器和滤波器的存在条件。全文主要分为两个部分,具体内容如下:第一部分主要研究不同类型时滞系统的鲁棒方差约束控制问题。首先,研究了线性中立型具有参数不确定性时滞系统的鲁棒方差约束控制问题,得到了一个时滞无关的充分条件,满足这一条件的反馈控制器将保证闭环系统是一致渐进稳定的,同时满足给定的方差约束;在此基础上,基于线性矩阵不等式给出了控制器的设计方法,同时给出一个数值算例以验证所提出算法的有效性。其次,研究了非线性中立型时滞系统的方差约束控制问题。该系统中的非线性是以扰动的形式出现的,最终得到的反馈控制器将保证系统是一致渐进稳定的,同时满足给定的方差约束。最后,研究了非线性离散具有参数不确定性时滞系统的鲁棒方差约束控制问题,得到了一个时滞无关的充分条件,满足这一条件的反馈控制器将保证系统是一致渐进稳定的,同时满足给定的方差约束。第二部分主要研究中立型时滞系统的鲁棒滤波问题。针对不确定中立型时滞系统的Kalman滤波问题,所得的Kalman滤波器,将保证增广系统是一致渐进稳定的,同时满足给定的方差约束。在此基础上,基于线性矩阵不等式,给出了滤波器的设计方法,同时给出了一个数值算例,来验证该算法的有效性。
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