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基于有限频段的Markov跳变系统有限时间H∞滤波

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控制理论与应用 2015年第3期32卷 406-412页

作者：赵长钟栾小丽刘飞江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室

传统Markov跳变系统H∞滤波方法要求所有子系统对全频域的噪声具有同样的干扰抑制水平,由于没有充分利用噪声的频率信息,导致传统滤波方法可能含有较大的保守性.本文针对特定频段的干扰信号,提出基于有限短时间的H∞滤波器设计方法.在... 详细信息

传统Markov跳变系统H∞滤波方法要求所有子系统对全频域的噪声具有同样的干扰抑制水平,由于没有充分利用噪声的频率信息,导致传统滤波方法可能含有较大的保守性.本文针对特定频段的干扰信号,提出基于有限短时间的H∞滤波器设计方法.在引入有限频段的同时,结合有限短时间稳定理论,提出有限频段以及有限时间两尺度滤波方案,为降低滤波理论的工程保守性提供了思路.仿真结果表明本文所提滤波方法与现有滤波方法相比,具有一定的优越性.

关键词： Markov跳变系统有限频段有限时间 H∞滤波广义kyp引理

含输入时滞的电动汽车悬架系统有限频域振动控制的研究

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振动与冲击 2016年第11期35卷 130-137页

作者：陈长征王刚于慎波沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 辽宁省振动噪声控制技术工程研究中心沈阳110870

由于轮毂电机驱动的电动汽车的驱动系统安装在轮毂处,使得汽车悬架系统簧下质量增加,造成舒适性变差及电机轴承磨损严重等问题。基于上述现象,并综合考虑控制回路的输入时滞及参数摄动因素,研究了该类悬架系统的有限频域动态输出反馈振... 详细信息

由于轮毂电机驱动的电动汽车的驱动系统安装在轮毂处,使得汽车悬架系统簧下质量增加,造成舒适性变差及电机轴承磨损严重等问题。基于上述现象,并综合考虑控制回路的输入时滞及参数摄动因素,研究了该类悬架系统的有限频域动态输出反馈振动控制策略。对比于传统的时滞全频域的H∞控制方法,该方法能在人体对振动较为敏感的频段内取得更好的干扰衰减,同时也能保证相关的时域硬约束。为了降低车身加速度在非簧载模态频率处的奇异值,并减少传递到电机轴承上的力,考虑将动力吸振器(DVA)安装在电机轴承座上。通过Lyapunov-Krasovskii泛函及广义kyp引理,以线性矩阵不等式的形式推导出基于动态输出反馈的控制准则。最后,通过一个数值实例验证该方法在频域及时域的有效性。

关键词：有限频域振动控制主动悬架输入时滞广义kyp引理控制

离散线性系统有限频域基于观测器的迭代学习控制

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控制与决策 2024年第5期39卷 1745-1753页

作者：邹伟沈艳霞江南大学物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122

针对一类离散线性系统,在有限频域范围内研究基于观测器的迭代学习控制问题.首先,结合二维系统理论,构建由基于观测器的状态反馈和PID型前馈学习项组成的控制器;然后,借助于广义Kalman-YakubovichPopov (kyp)引理,将闭环系统有限频域性... 详细信息

针对一类离散线性系统,在有限频域范围内研究基于观测器的迭代学习控制问题.首先,结合二维系统理论,构建由基于观测器的状态反馈和PID型前馈学习项组成的控制器;然后,借助于广义Kalman-YakubovichPopov (kyp)引理,将闭环系统有限频域性能规范转换为相应的线性矩阵不等式(LMI),进而得到控制器和观测器存在的充分条件,同时,该条件也确保闭环控制系统的稳定性和跟踪误差单调收敛性;最后,通过桁架机器人系统的仿真,验证所提出设计方法的有效性.

关键词：迭代学习控制离散线性系统有限频域范围基于观测器的状态反馈广义kyp引理

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有限频域线性重复过程的动态迭代学习控制

控制与决策 2021年第3期36卷 599-608页

作者：汪磊杨慧中陶洪峰江南大学教育部轻工过程先进控制重点实验室江苏无锡214122

针对不同相对度的离散线性重复过程,研究有限频域范围的动态迭代学习控制问题.对于零相对度和高相对度的控制对象,结合二维(2D)系统理论,分别设计有限频域的动态迭代学习控制器;然后,运用广义Kalman-Yakubovich-Popov (kyp)引理,以线性... 详细信息

针对不同相对度的离散线性重复过程,研究有限频域范围的动态迭代学习控制问题.对于零相对度和高相对度的控制对象,结合二维(2D)系统理论,分别设计有限频域的动态迭代学习控制器;然后,运用广义Kalman-Yakubovich-Popov (kyp)引理,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出控制器存在的充分条件以及控制器的增益矩阵;最后,在弹簧阻尼系统和桁架机器人模型的仿真中,与静态迭代学习控制算法进行比较,验证所提算法的优越性和可行性.

关键词：线性重复过程有限频率范围相对度动态迭代学习控制广义kyp引理

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有限频域约束下串联弹性驱动器的刚度控制

控制理论与应用 2019年第5期36卷 711-719页

作者：于宁波邹武林南开大学机器人与信息自动化研究所天津300350 南开大学天津市智能机器人技术重点实验室天津300350

工程实际中的被控对象都具有明显的有限频域特性,但目前的物理人机交互研究大多是针对全频域性能指标来设计阻抗控制器,由此得到的控制器往往失之保守.本文针对绳牵引串联弹性驱动下的人机物理交互问题,采用有限频域性能约束方法来提升... 详细信息

工程实际中的被控对象都具有明显的有限频域特性,但目前的物理人机交互研究大多是针对全频域性能指标来设计阻抗控制器,由此得到的控制器往往失之保守.本文针对绳牵引串联弹性驱动下的人机物理交互问题,采用有限频域性能约束方法来提升系统在设定频段的刚度控制性能.首先,分析绳牵引串联弹性驱动的刚度控制目标并将其转化成有限频域性能约束下的H∞控制问题.其次,根据广义Kalman-Yakubovich-Popov (kyp)引理,将有限频域性能约束转化成矩阵不等式条件,进而分解变换成有关全信息控制器和待求的静态输出反馈控制器的条件.然后,求解出一个满足条件的全信息控制器,并迭代优化得到输出反馈控制器.仿真和实验结果都表明,本文方法在设定频段取得了更加精确的刚度控制效果.

关键词：人机交互串联弹性驱动阻抗匹配频域分析广义kyp引理

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二维FM系统的有限频故障检测

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2021年第2期40卷 170-177页

作者：吴小雪刘贺平吴慧明北京科技大学自动化学院北京100083 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000

为研究二维Fornasini-Marchesini系统的故障检测问题,假设FM系统具有传感器故障,该故障建模为多模式:无故障模式和故障模式.采用广义Kalman-Yakubovich-Popov引理,并利用构造切平面的方法处理耦合项.研究结果表明:FM系统满足一定的性能... 详细信息

为研究二维Fornasini-Marchesini系统的故障检测问题,假设FM系统具有传感器故障,该故障建模为多模式:无故障模式和故障模式.采用广义Kalman-Yakubovich-Popov引理,并利用构造切平面的方法处理耦合项.研究结果表明:FM系统满足一定的性能指标.研究结论用数值仿真说明所提出的故障检测方法的有效性.

关键词：二维系统故障检测有限频广义kyp引理传感器故障

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空间互联系统的有限频率范围迭代学习控制

空间互联系统的有限频率范围迭代学习控制

作者：魏强江南大学

学位级别：硕士

近些年来,随着工业化进程的推进,规模巨大、目标多样、功能综合的空间互联系统日益增加。针对具有重复运行特性的多节点空间互联系统,相关控制技术受到了学者们的广泛关注。迭代学习控制可以利用以往运行数据来更正系统当前状态的控制信... 详细信息

近些年来,随着工业化进程的推进,规模巨大、目标多样、功能综合的空间互联系统日益增加。针对具有重复运行特性的多节点空间互联系统,相关控制技术受到了学者们的广泛关注。迭代学习控制可以利用以往运行数据来更正系统当前状态的控制信号,对于在有限时间段内重复运行的系统具有理想的控制效果。在实际工程中,空间互联系统根据工艺需要往往具有特定的工作频段。同时空间互联系统结构分散并且时常运行于复杂的环境中,不可避免地产生系统参数不确定性、外部扰动、执行故障和时滞等问题。因此,在有限频率范围内研究使得空间互联系统稳定可靠,并且保证系统在恶劣条件下仍能维持理想特性的迭代学习控制方案具有一定价值。本文基于重复过程理论,针对空间互联系统设计迭代学习控制律,利用广义Kalman–Yakubovich–Popov(kyp)引理探讨使系统在有限频率范围内稳定的充分条件。同时使用线性矩阵不等式(LMI)研究相关控制律增益的求解问题,并保证系统输出跟踪误差的收敛性。具体的研究内容如下:(1)针对参数具有范数不确定性的多节点空间互联系统,提出了一种有限频率范围内的鲁棒迭代学习控制算法。通过提升技术,沿节点分布方向将多维空间互联系统转换为一类等效系统。针对等效系统,设计鲁棒迭代学习控制律将其转换为线性重复过程模型。根据参考轨迹信号的频谱范围,使用广义kyp引理分析闭环系统的频域稳定性,并将控制律设计问题转换成相应的线性矩阵不等式求解问题,保证了输出跟踪误差在时域和频域内的收敛性。以有源梯形电路的控制仿真验证了所提算法的有效性。(2)针对多节点空间互联系统,考虑受到外部状态扰动和输出扰动的影响,在有限频率范围内设计了一种H∞鲁棒迭代学习控制方案。首先,对多维空间互联系统进行降维,其次,设计鲁棒迭代学习控制律与等效系统结合得到连续离散重复过程模型。然后,基于重复过程理论与广义有界实引理给出了确保闭环系统频域内稳定和具备鲁棒H∞控制性能的充分条件,并通过线性矩阵不等式求解系统控制律增益,保证了输出跟踪误差具有理想的收敛性,系统运行不受外部有界扰动的影响。最后以串联倒立摆的控制仿真验证了所提算法的有效性。(3)针对具有执行器故障和多状态时滞的多节点空间互联系统,考虑系统参数的多面体不确定性,提出了一种有限频率范围内的迭代学习容错控制算法。通过选取包含空间节点的超级矢量,得到与多维故障时滞空间互联系统相对应的等效系统。同时设计基于输出信息的迭代学习容错控制律,与被控系统结合转换为时滞线性重复过程模型。根据输出参考轨迹得出系统工作的频率范围,使用广义kyp引理,以线性矩阵不等式的形式给出了闭环系统频域内稳定的充分条件和容错控制律的设计方法,保证了系统输出具有理想的跟踪性能以及故障系统的容错性能。以时滞有源梯形电路的控制仿真验证了所提算法的可行性。

关键词：空间互联系统迭代学习控制有限频率范围重复过程理论广义kyp引理线性矩阵不等式

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时滞系统的有限频域H∞滤波分析与综合

时滞系统的有限频域H∞滤波分析与综合

作者：李贤伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

滤波或者状态估计是利用可以测量的外部信号对不可测量的信号进行估计,是控制理论、信号处理等领域的基本问题之一。由于需要精确已知的噪声统计数据和系统状态空间模型,经典的Kalman滤波在工程实际应用中往往存在鲁棒性差的问题。因此... 详细信息

滤波或者状态估计是利用可以测量的外部信号对不可测量的信号进行估计,是控制理论、信号处理等领域的基本问题之一。由于需要精确已知的噪声统计数据和系统状态空间模型,经典的Kalman滤波在工程实际应用中往往存在鲁棒性差的问题。因此,过去几十年,广大学者一直致力于研究非高斯噪声扰动输入下的鲁棒滤波问题,H∞滤波便是其中广受关注的问题之一。值得注意的是,经过二十多年发展的H∞滤波理论绝大多数建立在标准H∞性能指标的基础上,要求滤波误差系统对全频域内的噪声都具有同样的抑制水平。由于未能充分利用噪声的频率信息,导致标准H∞滤波器很难达到理想的性能要求。另外,时滞现象不可避免地存在于实际的动力学系统中,特别是随着网络技术的发展,时滞常常成为影响系统性能的关键因素。随着广义kyp引理的提出,时滞系统的有限频域H∞滤波分析和综合问题成为近年来滤波理论研究领域的研究热点。本论文综合应用Lyapunov稳定性理论和广义kyp引理,深入地研究连续和离散时滞系统的有限频域H∞性能分析、有限频域H∞滤波器设计等问题,在线性矩阵不等式框架下提出有限频域H∞滤波器的分析和综合方法。第一、总结时滞系统H∞滤波理论研究领域的主要成果,指出目前时滞系统的有限频域H∞滤波研究成果不足之处在于:1)绝大多数的研究成果都是时滞无关的,能够处理的时滞系统范围很有限;2)未能充分利用能够大大降低时滞结果保守性的最新技术,比如时滞分割技术;3)所有的研究成果都是从传递函数角度导出的,很难在降低保守性方面进一步推广。在此基础上,研究具有状态常时滞的连续和离散线性定常系统的有限频域H∞性能分析问题,给出新的时滞系统有限频域有界实引理,并分别从时域和频域角度证明新的有限频域有界实引理。第二、在提出的有界实引理基础上,研究具有状态常时滞的连续和离散线性定常系统的有限频域H∞滤波问题,利用投影定理,提出基于线性矩阵不等式的时滞相关和时滞无关的有限频域H∞滤波器设计方法。理论分析和数值结果都验证提出的滤波器设计方法比文献中已有的方法具有更低的保守性。第三、作为时滞系统有限频域H∞问题的扩展,研究一类特殊时滞系统即具有多面体参数不确定性的2D Roesser系统的鲁棒有限频域H∞滤波问题,结合已有的2D Roesser系统的广义kyp引理和投影定理,获得2D系统的有限频域H∞滤波器设计方法。通过使用更加一般的线性化步骤,使已有的滤波研究成果仅仅是提出的2D系统滤波器设计方法的特殊情形。

关键词： H∞滤波有限频域广义kyp引理时滞系统 2D系统

Delta算子系统饱和控制与有限频域性能研究

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Delta算子系统饱和控制与有限频域性能研究

作者：李鹏燕山大学

学位级别：硕士

Delta算子离散化方法作为连续时间模型和离散时间模型的统一描述方法,已成为连接连续系统和离散系统的纽带。在快速采样条件下,Delta算子描述的离散模型趋近于相应的连续模型,可以有效地避免使用传统移位算子描述系统所带来的数值不稳... 详细信息

Delta算子离散化方法作为连续时间模型和离散时间模型的统一描述方法,已成为连接连续系统和离散系统的纽带。在快速采样条件下,Delta算子描述的离散模型趋近于相应的连续模型,可以有效地避免使用传统移位算子描述系统所带来的数值不稳定问题。执行器饱和现象普遍存在于实际的控制系统中。当执行器的输入量达到一定限制从而进入饱和状态时,进一步增加输入不能对执行器的输出产生任何影响。执行器饱和将使系统的动态性能降低,甚至导致闭环系统不稳定。频域方法是控制理论与工程领域的一种基本研究手段,许多控制问题都可归结为有限频域性能指标的分析与综合问题。因此,本论文在时域和有限频域内研究带有执行器饱和的Delta算子系统性能优化问题,分析有限频域约束下系统H性能。通过广义kyp引理将系统频域条件转化为时域线性矩阵不等式条件来设计系统控制器,使带有执行器饱和的Delta算子系统快速趋于稳定。本论文主要研究成果总结如下。首先,考虑带有执行器饱和的Delta算子系统的整体收敛速度问题。基于给定的Delta算子系统整体收敛速度显式定义,得到使得闭环系统整体收敛速度达到最优的控制器增益,并进一步给出该最优控制下整体收敛速度的求解方式。利用Delta算子系统整体收敛速度相关性质,求解执行器饱和Delta算子系统整体收敛速度与吸引域半径的函数关系表达式。通过整体收敛速度和吸引域的折衷优化,得到闭环系统保证一定收敛速度且吸引域最优的控制器设计方法。其次,考虑基于Delta算子方法的航天器姿态执行器饱和系统的模糊控制问题。对于线性化处理后的航天器姿态控制系统,通过Delta算子离散化采样处理,得到带有执行器饱和的航天器姿态Delta算子系统模型。设计T-S模糊规则,进一步得到满足闭环系统控制性能的综合模糊控制律。基于Delta域的Lyapunov方法,给出航天器姿态执行器饱和系统的全局渐进稳定性判据。并利用凸包方法,将模糊状态反馈控制器设计问题转化为线性矩阵不等式求解问题。然后,针对带有执行器饱和的网络化控制系统,研究其在高频约束下的稳定性。通过Delta算子方法,高频网络化控制系统被离散化为带有高频约束的Delta算子执行器饱和系统。基于扩展的积分二次约束框架,将带有时变时延和执行器饱和两个非线性项的闭环系统转化为双闭环反馈组态形式,并得到其在高频段稳定的频域不等式判据。利用广义kyp引理,带有执行器饱和的高频网络化控制系统频域不等式条件被转化为易于求解的线性矩阵不等式条件。最后,考虑带有干扰输入的低频网络化控制系统,设计基于分散式事件触发机制的H静态输出反馈控制器。采用分散式事件触发机制,使得在每个采样时刻只有满足触发条件的测量输出被发送到控制端,减少不必要的数据传输以节省网络资源。利用积分二次约束方法和广义kyp引理,得到闭环系统稳定同时满足期望低频H性能指标的线性矩阵不等式判据。设计启发式算法处理判据中的双线性矩阵不等式问题,最终得到满足条件的静态输出反馈控制器。

关键词： Delta算子系统执行器饱和有限频域网络化控制广义kyp引理