线性连续系统基于BMI方法的多指标控制分析与综合

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本文利用双线性矩阵不等式(BMI)方法和线性矩阵不等式(LMI)方法,对线性定常系统和线性不确定系统在区域极点配置和H∞约束下的输出反馈控制进行了综合与分析,由于我们要求输出反馈增益矩阵的所有元素有界,故称这种输出反馈为有界输出反馈(BOFC);给出了相应的理论分析及有效算法,并用算例对相应算法的有效性作了说明。   具体而言,主要研究工作归纳如下:   1.先研究了线性定常系统在区域极点配置和H∞约束下的BOFC问题,利用BMI约束优化问题给出了约束控制问题有解的一个便于设计求解算法的充要条件,并通过path-following方法给出了求解满足期望约束的BOFC策略的LMI迭代算法。然后,对满足期望性能要求的BOFC系统,分别分析了该控制系统对系数矩阵A和对输出反馈增益K的最大容许扰动强度。接着,研究了区域极点配置约束下最优H∞-BOFC问题,给出它的BMI约束优化问题形式,并设计了计算近似最优H∞反馈控制增益的LMI迭代算法。   2.对于不确定系统的区域极点配置和H∞约束下的BOFC设计问题,不同于控制理论界通常的研究约定:固定系统系数矩阵A的扰动强度,我们的研究中允许A的扰动强度变动,目标是:在区域极点配置和H∞指标约束下,设计BOFC,使其容许系数矩阵A有最大扰动强度,在此强度范围内的任意扰动均不影响所设计的控制器实现期望的极点配置和H∞性能。并给出了计算期望约束下有界输出反馈所容许的对A的最大扰动强度近似值的LMI迭代算法。   3.与控制理论界流行的非脆弱控制研究中固定控制器参数K的扰动强度不同,研究了区域极点配置和H∞指标约束下,BOFC所能容许的控制器参数K的最大扰动强度,即要在所有能实现期望极点和H∞约束的有界输出反馈增益矩阵中,找一个K,使其容许对自身的扰动强度是最大的;并给出了计算此最大扰动强度近似值的LMI迭代算法。
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