基于T-S模型的非线性切换系统的控制设计及稳定性分析

发布时间：2017-05-13 11:11

  本文关键词：基于T-S模型的非线性切换系统的控制设计及稳定性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文针对一类状态可测或不可测的非线性切换系统、非线性切换大系统,应用模糊T-S模型建模,基于平行分布补偿算法,结合空间分割的思想、李雅普诺夫函数方法与线性矩阵不等式理论,研究了非线性切换系统的控制器设计及稳定性分析问题。其具体内容如下:(1)针对一类含有执行器饱和且状态不可测的非线性切换时滞系统,利用模糊T-S模型进行建模,设计状态观测器估计系统中的不可测状态,通过将饱和非线性反馈律转换成凸组合的形式来解决饱和问题,并基于平行分布补偿算法,给出了模糊输出反馈控制器的设计方法。结合空间分割思想和Lyapunov稳定性理论,给出了切换律设计方案和使系统渐近稳定的矩阵不等式条件,证明了闭环系统的稳定性,通过数值仿真和质量弹簧阻尼系统的控制仿真研究验证了方法的有效性。(2)针对一类含有执行器死区且状态可测的非线性切换系统,利用模糊T-S模型建模非线性切换系统,将死区模型看成线性输入和非线性特征项的叠加,进而设计了鲁棒模糊控制器消除死区非线性对受控系统的影响。通过单Lyapunov函数方法给出了切换律的设计方案,并将系统的稳定性条件转化为求解线性矩阵不等式的形式,提出的控制方法不仅证明了闭环系统渐近稳定,而且在零初始条件下满足∞H性能指标。仿真结果进一步验证了所提出鲁棒控制方法的可行性。(3)针对一类含有执行器故障且状态不可测的非线性切换系统,提出了自适应输出反馈容错控制方法。设计中,采用模糊T-S模型描述非线性切换系统,在系统执行器失效的情况下,设计了模糊增广故障估计器估计系统故障和不可测状态,并在此基础上给出了由模糊控制器和自适应控制器组成的输出反馈控制器,通过设计自适应控制器补偿系统的执行器故障。最后使用凸组合技术构造了典型的单Lyapunov函数和切换律,证明了闭环系统渐近稳定。仿真例子验证了所提方法的有效性和优越性。(4)针对一类含有执行器饱和且状态可测的非线性切换大系统,利用模糊T-S模型对其进行描述,通过对状态的椭球域约束,解除控制输入的限制,进而采用H矩阵法处理饱和非线性特征,并基于平行分布补偿算法,设计了模糊分散控制器抑制输入饱和对系统的影响。通过多Lyapunov函数方法和矩阵不等式方法,给出了切换律的构造方案和模糊控制系统稳定性的理论判据及其证明方法,确保了闭环系统渐近稳定。仿真例子进一步验证了所提出控制方法的可行性和有效性。(5)针对一类含有执行器死区且状态不可测的非线性切换大系统,建立了模糊状态估计方法。在处理死区故障时,将死区分解成输入信号的线性和非线性两部分,克服死区未知因素对系统的影响,并在模糊T-S模型的理论框架下,提出了基于观测器的模糊输出反馈分散控制设计方法。基于多Lyapunov函数方法对系统进行分析,使系统在所设计的切换策略下渐近稳定,通过求解线性矩阵不等式,得出模糊控制系统渐近稳定的充分条件。数值仿真研究进一步验证了提出控制方法的有效性和优越性。
【关键词】：模糊T-S模型 非线性切换系统 状态观测器 模糊控制器 稳定性条件
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O231
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 选题的背景和意义11
• 1.2 模糊T-S模型简介11-12
• 1.3 基于T-S模型的非线性切换系统的研究现状12-15
• 1.4 论文的主要工作15-16
• 2 含有执行器饱和的切换模糊时滞系统的输出反馈控制16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 系统描述16-17
• 2.3 模糊控制器设计及稳定性分析17-23
• 2.4 仿真研究23-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 含有执行器死区的切换模糊系统的鲁棒稳定性32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 系统描述32-34
• 3.3 模糊控制器设计及稳定性分析34-37
• 3.4 仿真研究37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 含有执行器故障的切换模糊系统的自适应容错控制41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 系统描述41-43
• 4.3 模糊控制器设计及稳定性分析43-47
• 4.4 仿真研究47-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 含有执行器饱和的切换模糊大系统的分散控制52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 系统描述52-53
• 5.3 模糊控制器设计及稳定性分析53-56
• 5.4 仿真研究56-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 含有执行器死区的非线性切换大系统的分散控制61-74
• 6.1 引言61
• 6.2 系统描述61-63
• 6.3 模糊控制器设计及稳定性分析63-68
• 6.4 仿真研究68-73
• 6.5 本章小结73-74
• 7 结论74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士期间参与科研项目及发表学术论文情况79-80
• 致谢80

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