基于低增益反馈的输入饱和切换系统控制方法研究

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实际的控制系统或者工程设备存在其自身的物理限制或者人为约束,使得控制系统的控制输入是有限的。由于输入饱和具有非光滑的特性,很难对输入饱和函数进行线性化处理,这使得对于存在输入饱和的系统的分析与设计都变得更加困难。切换系统是由有限数量的子系统和一个控制子系统之间切换的规则组成的混杂系统。在实际的控制系统中,很多领域的控制系统都通过建立切换系统模型来提高系统性能,如化工过程控制、计算机控制等。由于切换系统应用广泛,受到了国内外学者的关注。另外,考虑到实际控制系统会产生一定的不确定性,例如:随机非线性、系统参数不确定性、外部扰动等。如何在系统存在扰动或不确定性的情况下来提高系统的动态性能,成为研究者们所讨论的热点问题。因此,对于具有随机非线性、参数不确定性以及外部扰动情况下的输入饱和切换系统的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文针对输入饱和切换系统,主要进行如下工作:1)研究了具有随机非线性的输入饱和离散时间切换系统的均方指数稳定性。基于低增益反馈控制和离散参数Lyapunov方程设计了状态反馈控制器和基于状态观测器的输出反馈控制器。所设计的控制器可以解决随机非线性对系统稳定性的影响。并对系统进行了稳定性分析,在所设计的控制器下闭环系统是均方指数稳定的。2)研究了具有参数不确定性和外部扰动的输入饱和切换系统的指数稳定性。基于参数Lyapunov方程设计了状态反馈控制器。基于滑模控制和增益调度控制,设计了基于滑模补偿器的输出反馈控制器并进行了系统的指数稳定性分析。在所设计的控制器下闭环系统具有较好的动态性能。该控制方法只需在线求解参数Lyapunov方程,计算量相对较小。3)研究了具有非对称输入饱和以及系统参数不确定性的连续时间切换系统的指数稳定性。将具有非对称饱和函数的控制系统转换为了具有单位对称饱和函数的控制系统,减少了直接使用对称输入饱和函数时所引起的保守性。基于低增益方法以及参数Lyapunov方程设计了鲁棒状态反馈控制器,在所设计的控制器下闭环系统具有较好的动态性能。此外,考虑到减轻系统的通讯负担,在系统中加入了事件触发机制,节省了通讯资源。
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