广义系统的采样控制理论及在船舶动力定位系统上的应用研究

发布时间：2020-04-24 11:45

【摘要】：随着数字信号技术的高速发展,采样控制系统已经被广泛应用到现代工业过程中。该系统的显著特点是连续信号与离散信号共存,这也是系统分析与设计的难点。然而,现有的采样控制理论研究都是针对状态空间系统,而针对广义系统的研究还较少,由于广义系统比状态空间系统形式更广泛,可以更好的描述一些实际系统,而且延伸性能更好,容易推广到状态空间系统,因此,研究广义系统的采样控制具有重要的理论意义和应用价值。本文以采样控制理论为框架,通过运用输入时滞法、改进的Lyapunov泛函法等方法,研究线性及非线性广义采样系统的容许性条件与采样控制器设计问题,所涉及的研究对象包括时滞系统、中立系统、不确定性系统、模糊系统等,并将得到的理论和方法,推广到更具有实际工程应用的船舶动力定位系统中去,研究其采样控制问题。本文的研究内容如下:一、研究了线性广义系统的鲁棒H_∞采样控制问题。首先,针对线性广义采样系统,通过输入时滞法,把系统转化为带有时变时滞的广义系统,通过构造时滞依赖的Lyapunov泛函,并结合交互式凸组合法,得到了保证系统容许并满足H_∞性能指标的条件。接着,研究了基于混合反馈的广义中立系统的H_∞采样控制问题。通过设计混合状态和导数反馈控制律,并结合输入时滞法,把广义采样系统转化为带有时变时滞的广义中立系统,并结合Wirtinger积分不等式及时滞分解法,构造了增广的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出了保证广义中立系统容许并满足H_∞性能指标的充分条件,并设计了相应的鲁棒H_∞采样控制器。二、研究了不确定定常时滞线性广义采样系统的指数容许性问题。为了充分获取采样模型的信息,构造了一种新的时滞依赖的Lyapunov泛函,对其只要求在采样时刻正定,但不需要在整个采样区间内正定,并分别给出了名义系统和范数有界不确定性系统的指数容许性条件及采样控制器的设计方法,得到了保守性更低的结果。三、研究了一类基于T-S模糊模型的非线性广义系统的采样控制与量化问题。首先,针对不带有量化的非线性广义采样系统,通过增加重要的或有用的项,构造了时滞依赖的扩大的Lyapunov泛函,使其能够充分的获取采样模型信息,降低系统的保守度,获取更长的采样周期,并给出了模糊广义采样系统的容许性条件以及模糊采样控制器的设计方法。接着,研究了一类带有量化的基于T-S模糊模型的非线性广义系统的采样控制问题。考虑到量化对系统的影响,引入了对数量化器,同时,把采样状态的二阶积分项等有用项引入到通常的Lyapunov泛函中,构造了一个扩大的Lyapunov泛函,并结合交互式凸组合法,给出了保守性更低的容许性条件,并设计了带有量化的模糊采样控制器。四、将本文的部分理论结果应用到船舶动力定位系统,研究该系统的采样控制问题。首先,针对带有采样的非线性船舶动力定位系统,通过输入时滞法,把该系统转化为时变时滞系统并用T-S模糊模型来表征,给出了使系统渐进稳定并满足H_∞性能指标的条件。通过仿真结果表明,所提出的方法可以使船舶动力定位系统在外部干扰的影响下,位置、速度、航向角等可以稳定在指定的控制目标。接着,基于上述提出的方法,研究了线性化的船舶动力定位系统的鲁棒容错采样控制问题,建立了带有跟踪误差积分的容错采样控制模型,并得到了相应的容错采样控制器。通过仿真结果表明,设计的采样控制器可以保证系统的输出能够对参考信号进行稳定跟踪。
【图文】：

零阶保持器,工作机理,采样控制系统

图 1-2 零阶保持器工作机理图Fig.1-2 Working diagram of zero-order holder控制系统的研究方法，，最早是采用间接设计法，又分为连续化前者是将采样控制系统完全按照连续系统处理，后者则依据某化处理。然而，上述这两种方法只是一种近似方法，对于简单

船舶动力定位,理论基础

船舶动力定位系统的组成
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.82

【参考文献】