基于平均停留时间的脉冲切换系统的稳定性分析

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切换系统作为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。切换系统在现实生产中有着广泛的应用背景,如通讯网络、电力系统、机器人行走控制系统以及采样数字系统的控制等。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,因此切换系统的研究是非常必要的。在过去几十年中,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。本文主要研究基于平均停留时间的脉冲切换系统的指数稳定性,全文的主要内容概括如下:首先研究了连续切换系统在脉冲作用下的稳定性,切换系统包括Hurwitz稳定子系统和不稳定子系统。应用平均停留时间方法,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停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,所设计的切换规则就可以保证切换系统是指数稳定的,并具有期望的稳定裕度。在此基础上,我们又研究该系统在非线性扰动下的稳定性。当非线性部分满足一定要求时,通过设计合适的切换律,可以使系统达到全局指数稳定。接下来分析了离散脉冲切换系统的稳定性。该切换系统包括Schur稳定子系统与不稳定子系统。在构造的特定切换律下,当平均停留时间取得合适,而且稳定子系统激活的时间与不稳定子系统激活的时间比充分大,则切换系统是指数稳定的。最后,进一步讨论了脉冲切换系统包含连续子系统和离散子系统的稳定性。在假设所有的子系统都是Hurwitz和Schur稳定的前提下,如果平均停留时间足够大,则切换系统就可以达到指数稳定。当切换系统包含不稳定的子系统时,我们需要设计合适的切换律以保证整个切换系统的指数稳定性。
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