随机非线性大系统的分散控制研究

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随机大系统是具有规模庞大、因素众多、结构复杂、功能综合、目标多样以及不确定的随机性等特点的系统模型,它能更真实、更客观、更准确地反映工程实际中的系统运动规律。随机大系统的问题提出以来,对于线性系统的研究已经比较成熟,而对于随机非线性大系统的控制问题研究就比较少,但在实际工程中非线性的问题是不可避免的,因此对随机非线性大系统的研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。 本课题来源于国家自然科学基金资助项目(60374023)和广东省自然科学基金资助项目(011629)。本文针对随机微分方程描述的随机非线性大系统,基于随机Lyapunov稳定性理论和大系统分散控制理论,利用Ito微分公式、随机分析原理、随机控制Lyapunov函数、Lyapunov.Krasovskii泛函、反步设计等方法,研究了不同类型的随机非线性大系统分散控制器的设计问题。 本文主要研究工作的内容和创新点包括以下几个方面: 1.针对一类含有有界不确定参数的随机非线性大系统,在充分考虑各子系统之间互联项影响的基础上,运用反步法技术,通过构造四次型的随机控制Lyapunov函数,解决了严反馈随机非线性大系统的自适应状态反馈分散镇定控制器设计问题;并进一步考虑,在部分状态未知的情况下,设计了这类组合非线性系统的状态观测器,对未知状态进行估计,给出了输出反馈自适应分散镇定控制器的反步法设计过程,在此控制器的作用下,所考虑的闭环、互联、随机非线性系统实现了概率意义下的有界稳定,仿真结果表明了控制算法的有效性。 2.考虑一类可化为严反馈形式并含有Wiener噪声扰动的随机非线性大系统,将Wiener噪声的不确定方差作为未知参数作自适应控制,基于反步法,利用随机控制Lyapunov函数,研究了此类随机非线性大系统的状态反馈、输出反馈噪声一状态分散镇定问题,以及输出反馈鲁棒自适应分散镇定问题,构造性设计了此类随机非线性大系统的状态反馈和输出反馈分散控制器。所得的主要结果将已有的随机非线性系统集中控制结论扩展到了互联随机非线性系统的分散镇定问题中。 3.由于传输、测量、反应等因素的影响,时滞在现实系统中普遍存在,时滞系统的控制也是近年来研究的热点。本文针对一类可化为严反馈形式的互联随机变时滞系统,选取适当的四次型控制Lyapunov-Krasovskii泛函,利用反步法设计的输出反馈无记忆分散控制器,使得其闭环系统的平衡点在概率意义下时滞无关渐近稳定。最后通过仿真实验,其结果表明了该控制算法的有效性。 4.随机非线性大系统的分散自适应跟踪问题在以往的研究中很少涉及,本文研究了一类可参数化的随机非线性大系统的分散自适应跟踪问题,首先通过坐标变换将其转换为参数化的严反馈非线性大系统形式,然后利用反步法构造性设计系统状态反馈分散控制律及参数自适应律,在此分散控制器的作用下,每个局部输出都能够跟踪预先设定的参考信号,同时保证所有闭环信号有界。本文最后,在总结全文的基础上,提出了有待进一步研究和探索的一些问题。
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