几类切换非线性系统的鲁棒H∞控制问题研究

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切换系统是一类广泛应用于信息处理、自动化生产以及航空航天等领域的混杂系统。随着这些高新技术领域的快速发展,它们涉及的控制系统越来越复杂,大多数实际的控制系统都发展成了非线性的,这给切换非线性系统的稳定性研究带来很大的促进作用。另外,由各种因素导致的不确定性总是伴随实际系统,并时刻影响着系统的稳定性,这使得系统的鲁棒性能研究吸引了更多研究者的关注。本文主要研究几类切换非线性系统的鲁棒H∞控制问题,旨在为其应用于工业化生产提供理论基础,相关研究内容如下:针对具有无源子系统和非无源子系统的不确定切换非线性系统,研究其稳定性和加权L2-增益性能。对于适当的切换信号,通过事先给定无源率、平均驻留时间和干扰衰减水平,利用系统的无源性对无源子系统和非无源子系统分别设计控制器,从而避免构造Lyapunov函数的困难,并且不需要求解Hamilton-Jacobi方程,在一定程度上降低计算难度。基于平均驻留时间方法和多存储函数方法,得到系统的全局指数稳定性和加权L2-增益性能,并通过一个实际例子和一个数值仿真验证了方法的有效性。对于一类切换非线性系统,研究其状态反馈控制问题。基于周期采样数据方法,通过考虑采样周期和驻留时间的关系,分别讨论系统在单个采样周期中不发生切换和仅发生一次切换的情况。如果在单个采样周期内发生切换,则在切换发生的瞬间系统转变为异步切换,直到下一个采样瞬间结束。首先,运用反步法构建状态反馈采样数据控制器,然后通过引入判断函数分析切换信号和Lyapunov函数方法之间的关系,并且利用平均驻留时间方法得到采样周期的限制条件,进一步得到切换非线性系统的全局渐近稳定性和加权L2-增益性能。此方法是对切换非线性系统的鲁棒H∞性能研究方法的补充。最后,给出两个数值实验,验证所提出方法的可行性。针对一类切换随机非线性系统,研究其输出反馈控制问题。仍然采用周期采样的方法,通过采样周期和驻留时间的关系,类似切换非线性系统的研究,将系统分情况讨论。首先,构造观测器,并进一步得到观测误差函数。然后,采用反步法构建输出反馈采样数据控制器,该控制器由采样数据信息和观测信息来构建,使得控制器更容易获得。随后,基于平均驻留时间方法得到采样周期的限制条件,使得闭环系统是均方渐近稳定的,并具有加权的L2-增益性能。最后,通过两个数值例子展示了理论结果的有效性。
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