【摘 要】
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切换仿射系统由一系列连续或离散时间子系统和切换信号组成,其可以为许多复杂系统的建模提供框架。由于存在仿射项,切换仿射系统的平衡点不能移到原点,从而系统在状态空间中具有多个平衡点或平衡区域,这是切换仿射系统的一个显著特征。切换仿射系统已经在DC-DC功率转换、航空航天等领域得到了广泛的应用,因此,对切换仿射系统进行深入研究具有重要意义和价值。为了保证系统内各项状态按照期望的标准运行,往往需要对该系统
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切换仿射系统由一系列连续或离散时间子系统和切换信号组成,其可以为许多复杂系统的建模提供框架。由于存在仿射项,切换仿射系统的平衡点不能移到原点,从而系统在状态空间中具有多个平衡点或平衡区域,这是切换仿射系统的一个显著特征。切换仿射系统已经在DC-DC功率转换、航空航天等领域得到了广泛的应用,因此,对切换仿射系统进行深入研究具有重要意义和价值。为了保证系统内各项状态按照期望的标准运行,往往需要对该系统施加外部控制,以确保其可以按照规定去完成某项任务。由此可见,对系统控制问题的研究十分重要。但目前有关切换仿射系统控制问题的研究成果不多,并且所得结果的保守性较高。本论文研究了切换仿射系统的控制问题,提出了几类控制方法,丰富了现有的理论框架。本论文的研究内容具体分为以下四个方面:(1)本论文首先研究了连续时间切换仿射系统的状态反馈控制器、状态量化器和事件触发机制的协同设计问题,成功节省了有限的通信资源,提高了数据的抗干扰性能。状态反馈控制器的输入是经过量化的状态输出,利用量化器来减少通信负载,提高数据的抗干扰性能。事件触发机制是为了周期性地检测事件而设计的,可以大大降低数据传输频率。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式技术,设计了状态反馈增益和切换规则,保证了期望平衡点的实际稳定性。(2)本论文其次研究了离散时间切换仿射系统的动态输出反馈控制器的设计问题。离散时间切换仿射系统的现有成果中,仅存在对状态反馈控制的研究,在系统状态信息难以获取的情况下,这些理论成果无法进行应用,因此在系统状态信息难以获取的情况下,考虑依赖动态输出反馈切换函数来稳定切换的仿射系统。该部分的主要工作是设计一个全阶切换仿射控制器和一个切换函数,以保证切换仿射系统期望平衡点的全局实际稳定性。给出系统状态所有可达平衡点的集合的同时,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式技术,设计了一组动态输出反馈增益和切换函数,保证了期望平衡点的实际稳定性。(3)然后,本论文针对连续时间和离散时间切换仿射系统分别设计了时间依赖的切换信号。在某些实际工程中,对系统状态信息的获取比较困难,这将无法应用状态依赖的切换信号,因此设计时间依赖的切换信号来稳定切换仿射系统是十分必要的。在本文所设计的时间依赖切换信号的驱动下,系统的状态轨迹会收敛到一个包含期望平衡点的收敛区域内。通过构造离散Lyapunov函数,在驻留时间框架下得到了一组保证被控系统实际稳定性的条件。(4)最后,本论文受极限环理论的启发,提出将连续时间切换仿射系统的轨迹引导到极限环。现有针对时间依赖切换信号驱动下连续时间切换仿射系统的控制目标是将系统状态轨迹引导到一个足够小的收敛区域内,但在该区域内无法对系统的状态行为进行分析和控制,这导致学者们无法研究连续时间切换仿射系统的H∞控制问题。本文中得出了可以保证被控系统极限环的全局稳定性的条件,从而可以解决系统的H∞控制问题。本论文对切换仿射系统的控制问题进行了充分研究,填补了该系统在控制问题上的诸多空白。并且本论文所给出的定理条件都是线性矩阵不等式的形式,因此可以用Matlab的LMI工具箱进行求解。此外本论文所提出的主要理论都给出了数值算例进行了仿真验证。
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