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系统控制理论及其在水下机器人系统中的应用研究

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系统控制理论及其在水下机器人系统中的应用研究

作者：李世巍哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

稳定性的问题,对于一个系统来说是十分重要的。若一个系统不能稳定,那么其他的一切性能,即便被设计的多么完美,都将是不切合实际的。因为在不稳定的系统中,其他性质是没有办法准确实现的。另外,在实际的工业生产等问题中,时滞的现象普... 详细信息

稳定性的问题,对于一个系统来说是十分重要的。若一个系统不能稳定,那么其他的一切性能,即便被设计的多么完美,都将是不切合实际的。因为在不稳定的系统中,其他性质是没有办法准确实现的。另外,在实际的工业生产等问题中,时滞的现象普遍存在。并且,时滞的因素是影响一个系统是否稳定的重要因素之一。所以在研究系统稳定性时,考虑到时滞的因素,是可以使得稳定性理论更加实用性,从而提高了稳定性理论的可靠性。本文主要研究了系统控制理论,并在水下机器人系统中进行了应用研究。通过前面两章对系统、稳定性理论、李亚普诺夫函数等多方面的知识的介绍。并给出了一些引理和相应的证明,为后面线性广义系统的鲁棒弹性保性能控制、非线性时滞系统的鲁棒弹性保性能控制以及在AUV中的应用研究的内容做了一个很好的铺垫。本文的核心内容为分别对一类存在不确定因素的线性广义系统和一类特殊的存在不确定因素的非线性广义时滞系统进行了稳定性的研究。提出了状态反馈控制器的设计方案。并且,利用微分方程平衡点的李亚普诺稳定性理论,得到了求解控制器的线性矩阵不等式(组),这样便于利用MATLAB的LMI工具箱对线性矩阵不等式(组)进行可行解的求解,最终得出求解满足条件的鲁棒弹性保性能控制器的具体方法和步骤。并分别在相对应的水下机器人运动系统中进行了仿真实验,仿真结果进一步验证了该控制器求解方法的可行性。本文结论可以拓展到最优控制问题中。利用高等概率等相关知识,可以很容易的将本文的结论与最优控制问题进行结合,得到最优的控制器。

关键词：时滞不确定系统鲁棒稳定水下机器人线性矩阵不等式弹性控制器

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不确定广义系统的弹性H_∞控制

控制工程 2006年第S1期13卷 162-164,182页

作者：杨雪刘晓华烟台师范学院数学与信息学院山东烟台264025

现有的鲁棒控制器设计方法(如H2,H∞和μ等综合方法),当控制器存在参数摄动时,其维持闭环系统稳定性的能力很弱。针对一类不确定广义系统,研究了控制器增益具有乘法式摄动时的H∞控制。基于线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了广义系统具有... 详细信息

现有的鲁棒控制器设计方法(如H2,H∞和μ等综合方法),当控制器存在参数摄动时,其维持闭环系统稳定性的能力很弱。针对一类不确定广义系统,研究了控制器增益具有乘法式摄动时的H∞控制。基于线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了广义系统具有H∞性能的充要条件及相应的控制器的设计方案,并给出了弹性H∞控制优化问题的求解方法。仿真算例表明了该方法的可行性。

关键词：不确定广义系统弹性控制器 H∞控制线性矩阵不等式(LMI)

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广义对称组合大系统的保性能控制

广义对称组合大系统的保性能控制

作者：殷青东北大学

学位级别：硕士

保性能控制问题的基本思想就是针对不确定系统设计一个反馈控制器,使得其闭环系统不仅是稳定的,而且对于所有容许的不确定,其相应的性能指标不超过某个确定的上界。近几年,随着不确定系统鲁棒控制研究所取得的进展,不确定系统的保性能... 详细信息

保性能控制问题的基本思想就是针对不确定系统设计一个反馈控制器,使得其闭环系统不仅是稳定的,而且对于所有容许的不确定,其相应的性能指标不超过某个确定的上界。近几年,随着不确定系统鲁棒控制研究所取得的进展,不确定系统的保性能控制问题又得到了广泛的研究,取得了很多的成果。然而,迄今为止,主要的研究工作仅局限于一般正常系统。对于不确定广义对称系统及广义对称组合大系统,由于广义对称系统自身所具有特殊性,使得对不确定广义对称系统的保性能控制的研究显得非常困难。因此,我们对不确定广义对称系统及广义对称组合大系统的保性能控制问题进行研究具有重要的实际意义。本文详细分析了保性能控制的研究现状,着重研究了广义对称组合大系统及广义对称系统的保性能控制,主要内容如下：第一章简要介绍了本文研究的问题,对研究背景做了概括性的介绍。第二章对广义对称组合大系统的保性能控制进行了尝试性的研究,首先把该系统变化为等价的两个修正子系统,设计状态反馈保性能控制器,使得等价修正子系统的闭环系统不仅对于容许的参数不确定性保持正则、稳定,而且使相应的闭环系统的二次性能指标具有上界。第三章研究了不确定广义对称系统的弹性保性能控制问题,首先给出了对所有容许的系统不确定性和控制器扰动,连续广义对称系统存在弹性保性能控制器的一个充分条件,接着证明了该充分条件等价于一组不等式的可解性问题,并利用变量替换法进行处理得到广义弹性动态输出反馈控制器。并且控制器是满足其微分矩阵的秩等于不确定系统微分矩阵秩条件的任意阶形式。最后用实例演示了所提供方法的有效性。第四章考虑了不确定离散广义系统的H∞控制问题,基于Riccati不等式,给出了H∞保性能系统和H∞保性能控制的定义,设计状态反馈H∞保性能控制器,使得闭环系统不仅对于容许的参数不确定性保持正则、因果、稳定,而且使相应的闭环系统的二次性能指标具有上界及给定的H∞性能γ。基于线性不等式给出了H∞保性能控制器的表达式。用实例说明了该方法的有效性和可行性。第五章对研究结果进行了总结和展望。

关键词：不确定保性能控制广义对称组合广义对称弹性控制器 H∞控制状态反馈

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不确定广义系统的保性能控制

不确定广义系统的保性能控制

作者：杜宝珠东北大学

学位级别：硕士

本文研究了不确定连续广义系统的弹性保性能控制，离散广义系统的H和具有圆盘极点约束的保性能控制，以及性能函数中含有时间乘积因子的连续广义系统保性能控制等问题。实际系统中不确定性的来源是多样的，也往往会具有不同的性质。通... 详细信息

本文研究了不确定连续广义系统的弹性保性能控制，离散广义系统的H和具有圆盘极点约束的保性能控制，以及性能函数中含有时间乘积因子的连续广义系统保性能控制等问题。实际系统中不确定性的来源是多样的，也往往会具有不同的性质。通过适当的等价变换，这些不确定性可以表示成具有对角结构的形式，即结构化的不确定性，可将这种结构化的不确定性看作是对满足范数匹配条件的不确定性的一种扩展，从而可以利用结构化不确定性的结构特点来改善设计方法，减少保守性。在二次型性能指标中如果含有时间乘积因子，那么这样的性能指标会使得状态响应随着时间的增加更快地趋于零，从而缩短系统达到稳定所需的时间。论文中也研究了一些多目标保性能控制，例如在所要求的性能指标基础上加入其他诸如H、圆盘极点约束等性能要求，能够使被控系统具有更好的动态性能。本文主要内容如下：第二章研究了不确定广义系统的弹性保性能控制问题，首先给出了对所有容许的系统不确定性和控制器扰动，连续广义系统存在弹性保性能控制器的一个充分条件，接着证明了该充分条件等价于一组不等式的可解性问题，并利用变量替换法进行处理得到广义弹性动态输出反馈控制器。并且控制器是满足其微分矩阵的秩等于不确定系统微分矩阵秩条件的任意阶形式。最后用实例演示了所提供方法的有效性。第三章针对一类具有范数有界不确定性的连续广义系统和一种含有时间乘积因子的二次型性能指标，设计状态反馈控制器使得对所有容许的系统不确定性，闭环系统正则，无脉冲，稳定且最小化闭环性能指标的一个上界值。文中给出了保性能控制器存在的充分必要条件并基于双线性矩阵不等式(BMIs)，二次矩阵不等式(QMIs)和线性矩阵不等式(LMIs)给出其设计方法，并利用SDP软件和BMI软件举例说明。第四章考虑了不确定离散广义系统的H保性能控制问题，基于线性矩阵不等式给出了使得闭环系统具有给定的H性能γ的输出反馈H保性能控制器的存在条件及设计方法，并举例说明所得结论的可行性。

关键词：不确定性广义系统保性能控制弹性控制器 H∞控制状态反馈输出反馈线性矩阵不等式双线性矩阵不等式二次矩阵不等式二次D-稳定

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时滞系统的弹性控制理论研究

时滞系统的弹性控制理论研究

作者：邬晶燕山大学

学位级别：硕士

时滞系统的鲁棒稳定性分析和控制器设计一直是控制理论研究的主要课题。但目前鲁棒性的研究主要是基于所设计的控制器能够精确实现的假设前提下进行的，而对控制器本身“鲁棒性”的研究较少。实际上，由于执行器件内在固有的不确定性，... 详细信息

时滞系统的鲁棒稳定性分析和控制器设计一直是控制理论研究的主要课题。但目前鲁棒性的研究主要是基于所设计的控制器能够精确实现的假设前提下进行的，而对控制器本身“鲁棒性”的研究较少。实际上，由于执行器件内在固有的不确定性，数字系统字长有限性等诸多因数的存在，使得控制器不能够精确实现，因此考虑控制器本身的鲁棒性，即弹性，受到了越来越多学者的关注。对这一问题的深入研究不仅能完善控制系统的理论基础，而且将极大地推动控制理论在实际中的应用。本文以弹性控制器的设计为主线，简单系统到复杂系统为副线，主要做了以下方面的研究工作：一、研究了单一系统的弹性控制器的设计。基于Lyapunov-Krasovskii泛函方法，利用有界实引理及传统二次稳定的方法研究控制器与被控对象同时存在摄动的鲁棒控制问题。在摄动具有加法式和乘法式两种范数有界不确定形式下，分别给出了系统稳定的充分条件和相应的控制器的设计方案。这一方法可推广到离散时滞系统。二、研究了离散时滞大系统的分散镇定和弹性控制器的设计问题。首次将弹性控制器设计思想引入到大系统中，得到了易应用于实际的时滞系统的鲁棒控制方案。三、研究复杂系统的弹性控制器的设计问题。基于Markov链，条件概率等数学方法，利用多模型、多控制器和平滑切换策略，给出了系统稳定及能量消耗最小的充分条件，所设计的控制器简单、易行。为弹性控制这一理论方法在实际中得到运用起到了推动作用。最后，考虑到实际中不确定性存在的形式，讨论了鲁棒自适应弹性控制器的设计。采用自适应方法，利用其在线更新的特点，跟踪不确定性的上界。比较了摄动结构已知和未知情况下，系统稳定的动态特性和能量指标函数，仿真算例及图形说明了设计的可行性和有效性。

关键词：大系统跳变系统鲁棒控制自适应控制弹性控制器分散镇定线性矩阵不等式(LMI)

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假数据注入攻击下智能电网防御控制策略研究

假数据注入攻击下智能电网防御控制策略研究

作者：侯凌洁燕山大学

学位级别：硕士

随着我国科技水平的不断提高和通信技术的广泛应用,传统的电力系统已经逐步发展成为具备信息物理融合系统特征的智能电网系统。然而,由于智能电网对通信技术的过度依赖,其系统具备复杂性和开放性等特点,对智能电网系统的安全性进行研究... 详细信息

随着我国科技水平的不断提高和通信技术的广泛应用,传统的电力系统已经逐步发展成为具备信息物理融合系统特征的智能电网系统。然而,由于智能电网对通信技术的过度依赖,其系统具备复杂性和开放性等特点,对智能电网系统的安全性进行研究是十分迫切且具有重要意义的。考虑到智能电网系统结构特征和假数据注入攻击的行为特征,本文将对智能电网系统可能遭受的假数据注入攻击进行防御研究,主要工作如下:首先,针对智能电网系统可能遭受的假数据注入攻击问题,提出了基于自适应控制的被动防御方法。考虑具有模型不确定性的智能电网系统,从控制论的角度出发,设计自适应防御控制器来更新并不断调整系统的状态,使系统在遭受攻击后仍然能快速回归稳定。最后通过仿真实例,验证了该防御方法的有效性。其次,针对智能电网系统可能遭受的隐蔽性假数据注入攻击,提出了基于弹性控制的主动防御算法。首先,根据电网系统结构的稀疏性对大规模电网系统进行区域划分,为各子区域设计区间观测器对系统状态进行区间估计。根据残差检测标准检测存在攻击的电网子区域,通过检测结果触发弹性防御控制器工作。所设计的弹性防御控制器突破了常规控制器的脆性问题,其控制器增益具有一定的增益裕度并通过求解多维线性矩阵不等式获得。最后通过仿真结果验证了该算法的有效性。最后,针对检测到假数据注入攻击后的定位防御问题,提出了基于弹性区间观测器的攻击主动防御算法。首先通过设计弹性区间观测器对各子区域进行状态估计并计算区间残差,通过检测结果与逻辑定位矩阵进行匹配来定位攻击。定位到假数据注入攻击发生的具体位置后,结合矩阵分解理论设计了弹性防御控制器。最后通过仿真结果验证了所提算法的有效性。

关键词：智能电网假数据注入攻击攻击防御弹性控制器区间观测器逻辑定位矩阵

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非线性时滞广义系统的弹性保性能控制

嘉应学院学报 2009年第6期27卷 37-42页

作者：胡南辉嘉应学院数学学院广东梅州514015

针对一类带有非线性摄动的不确定时滞广义系统,采用线性矩阵不等式(LMI)处理方法,研究了此类系统的二次稳定性问题,同时对此类系统的弹性保性能控制问题进行了研究,得出了时滞相关的充分条件。所设计的保性能控制器保证了相应的闭环系... 详细信息

针对一类带有非线性摄动的不确定时滞广义系统,采用线性矩阵不等式(LMI)处理方法,研究了此类系统的二次稳定性问题,同时对此类系统的弹性保性能控制问题进行了研究,得出了时滞相关的充分条件。所设计的保性能控制器保证了相应的闭环系统达到鲁棒稳定,也保证闭环成本不超过某个界。最后通过举例说明了本文所给方法的正确性。

关键词：广义系统非线性摄动保性能控制弹性控制器时滞相关 LMI