非线性系统脉冲观测器的设计研究

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在非线性控制领域,观测器的研究是一个非常重要且很有意义的方向。2007年,为了利用系统输出在离散时刻的采样实现系统的状态估计,从而提高在网络控制背景下带宽的使用率,德国学者Raff首先提出了脉冲观测器这一概念。近年来,在对脉冲观测器的研究上,学者们取得了很多可观的成果,但还是面临一些问题需要解决。通过对脉冲观测器研究现状的分析,本文主要针对以下几个问题进行研究:脉冲控制的脉冲观测器的设计问题,可消除未知输入的脉冲观测器设计问题,以及基于事件触发的脉冲观测器的设计问题。这些有关脉冲观测器的问题是控制科学国际前沿的课题,可在机器人智能控制、军事武器系统的跟踪控制等方面具有重要的应用。主要工作包括以下几个方面:(1).基于脉冲镇定,研究了脉冲非线性系统基于时间的脉冲观测器的设计问题。通过Lyapunov稳定性理论分析论证,得到了估计状态对原系统的跟踪和误差系统渐近收敛的稳定判据。然后,运用线性矩阵不等式方法,并引入平均逗留时间条件,得到了脉冲观测器增益矩阵的设计方法。最后,通过MATLAB进行数值仿真验证所设计的脉冲观测器的可行性和有效性。(2).讨论脉冲非线性系统在带有未知输入或者外部干扰的情况下,设计可消除未知输入或者外部干扰的脉冲观测器。构造适当的观测器模型,得到误差系统模型,利用Lyapunov稳定性理论、线性矩阵不等式和平均逗留时间条件,构造恰当的Lyapunov泛函,得到误差系统渐近稳定判据,实现观测器对原系统的跟踪。最后,利用MATLAB进行数值仿真验证所提出的设计方法的可行性和有效性。(3).为了克服基于时间的脉冲控制观测器的频率过高、强度过大等问题,针对连续时间动力系统,提出基于事件触发脉冲控制(ETIC)的脉冲观测器设计问题,文章中给出了观测器模型,通过分析得到误差模型。然后,利用Lyapunov稳定性理论、事件触发脉冲控制方法,设计了三层事件条件,得到误差系统渐近稳定判据。最后,利用MATLAB进行数值仿真验证所设计方法的可行性和有效性。
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