带有时滞和不确定性的切换系统鲁棒控制器设计

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切换系统是一类重要的混杂系统,它由有限个连续时间子系统或离散时间子系统及作用在其中的切换规则组成。许多实际模型都可以建模为切换系统。由于切换的存在使得切换系统的动态行为十分复杂,这就为系统与控制及相关领域提出了丰富的研究内容和具有挑战性的研究课题。同时,切换系统的研究成果为一般混杂系统的研究提供思路、方法和理论上的借鉴。另一方面,实际系统中大量存在的不确定性以及时滞现象与切换机制相互作用,使得系统的动态行为变得更加复杂,大量的分析与综合问题亟待解决。因此,切换系统及其相关问题的研究具有十分重要的理论意义和实际价值。本文主要采用Lyapunov函数方法、凸组合技术以及线性矩阵不等式方法研究带有时滞和不确定性的切换系统鲁棒H∞控制和鲁棒保性能控制等问题。主要内容包括如下几个方面:(1)研究一类时滞切换广义系统的鲁棒H∞控制问题。利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法,首先给出时滞切换广义系统的稳定性分析,然后基于H∞控制理论,得到时滞切换广义系统在H∞意义下渐近稳定的充分条件,最后给出时滞切换广义系统的状态反馈和输出反馈鲁棒H∞控制器设计,数值算例验证了文中结果的有效性。(2)研究一类不确定时滞切换系统的状态反馈鲁棒H∞控制问题。首先针对不确定时滞切换广义系统,利用线性矩阵不等式方法和凸组合技术,得到由矩阵不等式表示的控制器存在的充分条件,采用变量替代方法,将该矩阵不等式转换为一组线性矩阵不等式,给出一个求解状态反馈鲁棒H∞控制器增益矩阵的数值算例,然后针对离散时间不确定时滞切换系统,给出了其鲁棒H∞性能分析和鲁棒H∞控制器设计。(3)研究一类参数不确定切换系统的鲁棒保性能控制问题。针对一类时变参数不确定切换广义系统,假定其中的时变不确定性项是范数有界的,但不需要满足匹配条件,通过广义Lyapunov函数稳定性理论和凸组合技术,给出系统鲁棒保性能控制器存在的充分条件,进一步,建立一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,得到鲁棒保性能控制律及闭环性能指标上界,同时,给出一类离散时间不确定切换系统的鲁棒最优保性能控制器设计,数值算例说明了文中方法的可行性。(4)研究一类时滞不确定切换系统的鲁棒保性能控制器设计问题。针对一类同时带有状态时滞和输入时滞的切换广义系统,通过线性矩阵不等式方法和鲁棒保性能控制理论,得到状态反馈保性能控制器存在的充分条件,进一步,给出时滞不确定切换广义系统和离散时间时滞不确定切换系统的鲁棒保性能控制器设计,将鲁棒保性能控制器的设计问题转化为线性矩阵不等式的可行解问题,数值算例验证了所得结果的正确性。
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