离散T-S模糊随机系统的稳定性、耗散性分析及控制

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heg_zcg
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实际的物理系统及工业过程通常由复杂的非线性模型描述,传统的线性控制理论对于这类系统并不适用,而现阶段非线性控制理论还不完善,与之相关的成果也相对较少,且很多结论还无法直接用于解决实际问题。近年来,Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型已成为研究非线性系统的一种有效手段,此模型由一组IF-THEN模糊描述语句组成,这些语句实际表示了非线性模型的局部线性化。因此通过T-S模糊模型,可以把原有非线性系统转化为模糊语句下的一组线性系统,这样就可以利用成熟的线性控制理论来解决原有非线性控制问题。另一方面,时间滞后广泛存在于实际控制系统中,这一现象在化工系统与通讯工程中尤为明显。时滞的存在通常会导致系统的性能恶化,甚至引起系统的振荡与不稳定。因此对时滞系统的研究是非常必要的。此外,某些实际系统中,随机干扰因素往往是不可避免的,特别是在高精度控制要求下,这些干扰将不能被简单忽略。由于随机干扰信号特殊的频域特性,我们无法以滤波的方式将其彻底排除,而必须将原有系统作为随机系统来重新研究。稳定性是对一般系统的基本性能要求,是系统正常工作的前提要求。而耗散性从能量的角度刻画了系统的输入输出特性,也从新的角度给出了一种控制系统分析与设计的思想。对于离散T-S模糊随机系统,现有文献通常采用Lyapunov方法对其进行稳定性及耗散性分析。已有方法的共有特点是保守性较大且求解过程复杂。本论文将现有方法的基础之上,采用新的时滞处理方法,在新的框架下深入研究离散T-S模糊随机系统的稳定性分析、耗散性分析及相应的系统控制问题。具体内容包括:(1)针对带有时滞的离散T-S模糊随机系统,采用时滞分割的方法将时变时滞的确定下限进行平均分割。基于各分割时刻的状态变量构造时滞依赖且模糊基底依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,结合冗余矩阵方法来降低分析结果的保守性。最终将时滞相关的稳定相条件转化为严格的线性矩阵不等式约束。(2)对于带有时变时滞的离散T-S模糊随机模型,首先采用两项近似的方法将时变时滞状态变量转化为确定时滞状态变量与不确定项之和。然后通过模型性变换将原时变时滞系统转化为定常时滞系统及另一范数有界的子系统。基于前面的简化,采用新的Lyapunov-Krasovskii泛函构造方法得到时滞依赖的耗散性结论。最终将所得结论转化为计算机可求解的线性不等式约束。(3)基于前面的稳定性分析与耗散性分析,研究离散T-S模糊随机系统的控制问题。利用非平行分布补偿控制策略设计可行的模糊控制器,使受控T-S模糊随机系统满足规定的稳定性,耗散性及H_∞性能要求。(4)利用前面得到的系统控制方法,研究三类实际系统的特殊控制问题。具体包括:小车倒立摆的镇定控制问题、平面四轮小车的耗散性控制问题,以及磁悬浮系统的H_∞控制问题。
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