基于事件触发机制的马尔可夫跳变系统的滑模控制方法研究

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马尔可夫跳变系统可以用来描述由各种外部随机因素引起子系统间跳变的动态特性的系统,该系统广泛应用于工业制造、通信网络、航空航天等系统中。一方面,在实际的系统建模过程中,不确定性和外部干扰不可避免地会随着控制输入引入系统,而滑模控制在相关问题的研究中具有显著的优势。另一方面,由于事件触发控制策略符合“按需传输”规律,因此,事件触发滑模控制可以降低计算和通信资源的浪费等。值得注意的是,利用事件触发滑模控制方法研究马尔可夫跳变系统的鲁棒镇定仍有一些亟待解决的问题,例如针对具有时变转移率的分段齐次马尔可夫跳变系统及广义马尔可夫跳变系统,如何合理有效的引入事件触发机制并设计滑模控制器,如何实现可达性及滑动模态的随机容许性分析。基于此,本文的具体研究工作如下:(1)研究了分段齐次马尔可夫跳变系统的事件触发线性滑模控制器的设计。首先,通过线性变换将系统转换为两个低阶子系统,并提出合适的线性滑模面函数。在此基础上,引入事件触发机制。然后,设计滑模控制律,使得系统轨迹可以被驱动并保留在指定的滑模面上。此外,利用李雅普诺夫函数法提出了一组新的充分条件,保证了滑动模态的随机稳定性。最后,将所提出的结果应用于单链节柔性机械臂系统,以验证理论结果的有效性。(2)研究了马尔可夫跳变系统的事件触发积分滑模控制器的设计。首先,在事件触发条件下,采用时变触发阈值,保证系统轨迹进入有界区域。针对马尔可夫跳变系统建立了两种积分滑模面函数。一种是连续状态相关的滑模面函数,用于分析滑模面的可达性。另一种是基于触发状态的滑模面函数,用于设计事件触发积分滑模控制器。然后,建立了滑动模态最终有界的一个充分条件,并保证了内部执行时间的正下界存在。最后,通过两个仿真例子说明了理论结果的有效性。(3)研究了广义马尔可夫跳变系统的事件触发线性滑模控制器的设计。首先,为了保证滑模面的可达性,设计了事件触发滑模控制律。对于广义马尔可夫跳变系统,针对事件触发滑模控制策略带来的困难,给出了一个用于处理s(t)sgn s(i k)的引理。然后,利用李雅普诺夫函数方法给出了一组新的充分条件,以保证滑动模态的随机容许性。此外,可以确保执行时间的正下限,并且不会发生芝诺现象。最后,给出了两个仿真实例,验证了本文理论结果的有效性。
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