基于LMI的模糊稳定性分析及控制器设计研究

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随着科学技术和生产力的不断发展,在实际工业过程中受控对象越来越复杂,表现为如下一些特征:多输入多输出、时变性、耦合、非线性、不确定性、信息量少、高性能指标等。诸如此类的复杂系统,由于无法建立系统的精确数学模型,从而使得传统控制理论很难给出一个较好的控制效果,甚至不能控制。美国学者L.A.Zadeh教授于1965年提出模糊控制的概念。这种方法以规则的形式充分利用系统的局部信息和专家操作经验,可以任意精度逼近实际的非线性对象,从而解决了上述的对复杂对象的建模和控制问题。但模糊控制对于稳定性分析和控制器的设计一直没有形成系统的研究和分析理论,主要是建立在专家的经验基础上。 本文针对上面的问题在基于T-S模糊模型的基础上,以连续和离散两种情况,利用Lyapunov稳定性判据和线性矩阵不等式对模糊控制的稳定性进行了分析,并且得出了模糊稳定控制器的设计方案,最后还利用现代控制理论的鲁棒控制对T-S模糊模型后件不确定性进行了分析和研究,分析了它的稳定性原理,利用线性矩阵不等式得出了它的稳定控制器的设计方法。本文主要内容有: (1)开篇综述了模糊控制的发展概况、研究现状;简单介绍了常见的三种模糊模型和模糊控制的基本原理;探讨了模糊控制研究的问题和对模糊控制进行了展望。然后介绍了线性矩阵不等式的发展现状和基本的概念,描述了线性矩阵不等式在控制里面的应用和LMI工具箱的使用。 (2)首先介绍了模糊控制稳定性的分析方法,研究了基于T-S模糊状态空间模型的模糊系统稳定性分析和控制器设计方法。采用了连续和离散两种T-S状态空间模糊模型形式表达非线性系统,可以更方便直观的处理多变量系统。给出了并行分布补偿的原理,结合线性控制器设计方法(以极点配置为例)实现了模糊系统的稳定性分析与控制器设计。针对稳定性分析中公共正定矩阵P难以确定的难题,引入了LMI方法,建立了基于LMI方法的稳定性分析和控制器设计的理论方法。 (3)首先综述了现代控制理论鲁棒控制的发展现状,针对一类由T-S模型描述的不确定非线性系统,分为连续和离散两种情况,利用鲁棒控制的原理给出了系统闭环稳定性条件和模糊控制器设计方法。仿真实例验证了算法的有效性。
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