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执行器饱和的Markov跳变系统有限时间控制

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执行器饱和的Markov跳变系统有限时间控制

作者：张远敬江南大学

学位级别：硕士

随机马尔科夫跳变系统是当前混杂系统领域的研究热点。Markov跳变系统被广泛应用于实际工程中的许多具有突变特性的动态系统,如通讯网络系统、经济系统、电力系统等。对于受内部离散事件、元器件随机故障、环境突变等因素影响,导致系统... 详细信息

随机马尔科夫跳变系统是当前混杂系统领域的研究热点。Markov跳变系统被广泛应用于实际工程中的许多具有突变特性的动态系统,如通讯网络系统、经济系统、电力系统等。对于受内部离散事件、元器件随机故障、环境突变等因素影响,导致系统参数与结构发生随机变化的特殊混杂系统,都可以利用Markov跳变的随机特性进行很好地描述。另一方面,有限时间控制在一些实际工程系统中有着重要的应用,因此Markov跳变系统的有限时间控制问题的相关研究具有重要的实际工程意义和应用价值。近年来,针对实际工程中的执行器饱和特性的研究是控制理论及应用中的研究热点之一。但是,目前关于执行器饱和的Markov跳变系统的有限时间控制的研究成果较少。因此,本文将针对Markov跳变系统在执行器饱和的状态下,研究系统的有限时间控制与控制器设计问题,主要内容如下:1.讨论具有饱和执行器的离散线性Markov跳变系统在有限能量扰动下,关于系统有限时间镇定的问题。首先利用构造的Lyapunov函数和饱和非线性处理技术,对具有饱和执行器的离散线性Markov系统进行了研究,并提出了系统有限时间有界和有限时间镇定的充分条件,然后结合线性矩阵不等式的方法,设计并实现了有限时间镇定状态反馈控制器。2.讨论含执行器饱和的离散时滞Markov跳变系统在未知但有界扰动的情况下,有限时间镇定的问题。考虑Markov链的转移概率部分未知的情况,首先利用构造的Lyapunov函数,对具有执行器饱和的时滞Markov系统进行研究,并提出了系统有限时间镇定的充分条件,其次结合线性矩阵不等式的方法,设计并实现了有限时间镇定状态反馈控制器。3.讨论离散Semi-Markov跳变系统在执行器饱和的约束下,针对系统的镇定性问题进行分析和控制。利用凸组合法对非线性饱和进行处理以及Semi-Markov核理论,对具有执行器饱和的离散Semi-Markov系统进行研究,提出了一类李雅普诺夫函数方法,得到了系统镇定的充分条件。通过引入外部变量解决矩阵幂问题,并结合线性矩阵不等式的方法,设计并实现了系统状态反馈控制器。

关键词： Markov跳变系统执行器饱和有限时间镇定离散系统

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执行器饱和状态下的滑模控制方法研究

执行器饱和状态下的滑模控制方法研究

作者：王思怡哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

执行器饱和是实际控制系统中常见的现象。当控制输入达到其物理极限时,称为执行器饱和。这必然给控制系统的控制设计和稳定性分析带来困难。滑模控制作为一种对匹配不确定性和参数变化具有较强鲁棒性的非线性控制方法,在大多数包含不可... 详细信息

执行器饱和是实际控制系统中常见的现象。当控制输入达到其物理极限时,称为执行器饱和。这必然给控制系统的控制设计和稳定性分析带来困难。滑模控制作为一种对匹配不确定性和参数变化具有较强鲁棒性的非线性控制方法,在大多数包含不可避免的不确定性的实际系统中得到了广泛的应用。由于滑模控制器的设计目的是使闭环系统的状态轨迹在有限时间内达到预定的滑动面,因此通常需要滑动面达到规律来保证其快速性。因此,一些大的控制输入容易导致执行器饱和。因此,研究执行器饱和状态下的滑模控制问题具有重要的理论和应用价值,引起了一定的重视。论文中介绍了执行器饱和状态系统的研究背景,目的意义和研究概况,就所采用的基本理论与方法进行了简单说明,其中分为稳定性分析及吸引域估计方法,饱和环节处理及LMI与凸优化的约束转换等。针对执行器饱和问题的滑模控制进行分析与设计。研究内容主要分为三个主体,针对执行器饱和状态的系统分别设计一阶滑模控制律及该控制律下闭环系统的收敛域估计,饱和二阶滑模控制律及其滑模轨迹的分析,和基于事件触发的二阶滑模控制律。第一部分基于线性凸包法,采用了辅助矩阵和参数来降低收敛域估计值的保守性。滑模面的设计采用部分系统参数来避免凸优化约束转化后不等式中可能存在的未知参数耦合,最后得到一系列便于求解的线性矩阵不等式。第二部分基于高阶滑模观测器和二阶滑模控制策略,对一类具有硬约束的多输入多输出非线性控制系统进行了系统分析。分析了二阶滑模控制系统在设计的二阶滑模控制律下,在无约束和约束执行器/状态下的有限时间稳定性。滑模轨迹所围成的区域即为近似的最大收敛域。第三部探究了基于事件触发机制的二阶滑模系统的稳定性,计算出触发区间的最小时间,接着针对系统执行器饱和的情况进行了分析,采用系统状态变量的齐次不变集来估计系统的收敛域。在每个章节的最后均采用算例验证了所提出的控制和估计方法的有效性。

关键词：滑模控制执行器饱和事件触发收敛域

执行器饱和与转移概率部分未知的随机Markov跳变系统控制

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执行器饱和与转移概率部分未知的随机Markov跳变系统控制

作者：李岳响东北大学

学位级别：硕士

Markov跳变系统是一种重要的混杂系统,在过去的几十年里由于其能相对较好的描述实际过程和系统而受到了国内外学者的关注。目前大部分对这类系统的分析和综合是在完全掌握转移概率信息的情况下进行的,然而在工程实践中由于各种原因部分... 详细信息

Markov跳变系统是一种重要的混杂系统,在过去的几十年里由于其能相对较好的描述实际过程和系统而受到了国内外学者的关注。目前大部分对这类系统的分析和综合是在完全掌握转移概率信息的情况下进行的,然而在工程实践中由于各种原因部分转移概率是未知的,所以本文研究了转移概率部分未知的Markov跳变系统。另一方面,由于物理条件等的限制,执行器饱和成为了实际生产中常见的一种非线性现象。这类非线性会影响闭环系统的性能,如果对系统进行控制器设计时未考虑它的存在甚至可能导致整个系统因为不稳定而不能正常运行。由于同时带有转移概率部分未知以及饱和的Markov跳变系统在实际系统中很常见,但在这方面的研究还很少。而且,目前利用抗饱和补偿法对上述问题的研究十分有限,很多方向还有很大的研究空间。本文以带有加性噪声、标准维纳噪声和参数不确定性的随机Markov跳变系统为模型,进行了以下研究:一方面利用直接法对这类随机Markov跳变系统进行稳定性分析、H∞稳定性分析、鲁棒稳定性分析。通过引入自由连接权矩阵降低系统的保守性。根据优化原理,利用LMI理论求解模态依赖非脆弱状态反馈控制器并估计相应的闭环系统均方意义下吸引域最大值。另一方面,假设使闭环系统稳定的输出反馈控制器已知的情况下,重新整合系统进行稳定性分析、H∞稳定性分析、鲁棒稳定性分析。然后通过加入抗饱和补偿器降低饱和对闭环系统的影响,根据优化理论得到补偿器增益和系统吸引域的最大估计值。最后结论以LMI形式给出。两部分最后都有相应数值或实际例子证明论文所提结论的有效性。

关键词： Markov跳变系统转移概率部分未知执行器饱和鲁棒随机稳定吸引域

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执行器饱和不确定离散控制系统的稳定性分析

执行器饱和不确定离散控制系统的稳定性分析

作者：曹艳秋哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

饱和非线性不可避免地存在于实际控制系统中，执行器饱和是一种最常见也是最重要的饱和非线性.当系统的控制输入受到一定的约束时，系统便会处于饱和状态，系统的动态性能特别是系统的稳定性将会被改变或破坏．分析执行器饱和系统的稳... 详细信息

饱和非线性不可避免地存在于实际控制系统中，执行器饱和是一种最常见也是最重要的饱和非线性.当系统的控制输入受到一定的约束时，系统便会处于饱和状态，系统的动态性能特别是系统的稳定性将会被改变或破坏．分析执行器饱和系统的稳定性一直是有关学者研究的主要问题，同时对解决控制系统中的饱和问题具有重要作用.本文研究不确定离散系统当执行器受饱和限制时的稳定性．首先，分析执行器饱和不确定离散系统的稳定性．针对执行器饱和多输入不确定离散线性系统鲁棒可稳定问题，依据Lyapunov稳定性理论，构造饱和相关Lyapunov函数．结合相应的矩阵不等式，运用Finsler’s引理，推导出可以保证闭环系统渐近稳定的充分性判据及鲁棒状态反馈控制律．通过水平集对系统的吸引域进行估计，设计能够使吸引域尽可能大的凸优化问题. 其次，分析执行器饱和不确定离散时滞系统的稳定性．针对系统中的时滞，基于Lyapunov-Krasovskii方法，为使系统保守性尽量小选取饱和相关Lyapunov函数．运用LMI技术推得反馈控制系统稳定的方法．结合矩阵理论，给出了具有状态时滞闭环系统渐近稳定的判定定理及鲁棒稳定控制器设计方法．最后，通过数值算例验证了控制器设计方法的可行性和有效性．

关键词：离散控制系统执行器饱和范数有界不确定性鲁棒稳定性

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执行器饱和控制系统的事件触发机制设计

执行器饱和控制系统的事件触发机制设计

作者：李青松天津大学

学位级别：硕士

事件触发控制是反馈环节达到一定的事先设置的触发条件才进行信息交换的的一种数据传输控协议,它可以在不影响整个控制系统稳定性,保证某方面性能的前提下,减少反馈回路的传输负担。并且可以减少计算机控制量的计算,因此也能减少系统对... 详细信息

事件触发控制是反馈环节达到一定的事先设置的触发条件才进行信息交换的的一种数据传输控协议,它可以在不影响整个控制系统稳定性,保证某方面性能的前提下,减少反馈回路的传输负担。并且可以减少计算机控制量的计算,因此也能减少系统对计算资源的使用。在实际工程中,执行器饱和必然存在,这种非理想因素会影响系统的控制性能,更有甚者会使系统变得不稳定,对系统造成严重的损坏。因此本文研究了系统在受到执行器饱和的情况下事件触发控制系统的稳定性。首先,给出了连续时间系统在执行器饱和的情况下控制器的设计方法。为了使系统有一个较好的二次性能,我们引入了线性二次型最优控制方法设计控制器,给出了系统达到全局稳定和局部稳定的条件和结果。对于事件触发和自触发机制来说,Zeno行为会给触发系统的计算机实现带来困难,在本文中,我们对事件触发和自触发机制下的最小触发时间做了研究,证明了触发条件可以避免Zeno行为。此外,为了获得更大的稳定域,文章中提出了一种再设计的方法,通过数值仿真说明了再设计方法可以起到明显的扩大稳定域的效果。其次,对离散时间事件触发系统在执行器饱和的情况下进行了研究。本章同样对事件触发机制进行了叙述,并且应用两种不同的控制器设计方法对系统进行了研究,两种不同的方法可以在不同的方面获得较好的控制效果。在该部分由于在设计的部分涉及到应用Matlab求可行解时,得到的是一个非凸线性矩阵不等式,因此本文引入了锥补线性化来得到系统的最优解。最后,研究了事件触发机制下的抗饱和机制,以寻求较大的稳定域。首先,给出了动态输出反馈控制器的设计方法,并且在此基础上提出了一种抗饱和补偿器增益的迭代优化求解方法。此外,由于输出反馈的引入需要对触发条件进行适当的修改以避免Zeno行为的发生。我们在原有的触发条件上加入了一个指数收敛项,使得系统的触发次数进一步减少。最终通过例子验证了方法在扩大稳定域上的显著效果。

关键词：事件触发控制自触发控制执行器饱和广义扇区条件锥补线性化抗饱和补偿

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执行器饱和线性控制系统的镇定

执行器饱和线性控制系统的镇定

作者：杜鸿波沈阳师范大学

学位级别：硕士

在现实生活中以及实际工程领域,饱和现象是广泛存在的。对于控制系统,执行器极有可能存在饱和问题,这时控制输入一旦达到了一个特定界限,进一步增加输入量将不会对执行器输出产生影响。针对这种现象,执行器饱和问题的研究便非常具有实... 详细信息

在现实生活中以及实际工程领域,饱和现象是广泛存在的。对于控制系统,执行器极有可能存在饱和问题,这时控制输入一旦达到了一个特定界限,进一步增加输入量将不会对执行器输出产生影响。针对这种现象,执行器饱和问题的研究便非常具有实际意义及理论价值,因此备受研究者关注。执行器饱和问题的理论研究主要涉及稳定性研究、吸引域估计及控制器设计等,目前这些问题的研究都取得了丰硕的成果,且方法已趋于完善。本文将进一步将一些方法进行拓展,应用到较为复杂的系统中,得到更好的结果。本文的主要内容是:一、研究了具有执行器饱和的线性连续控制系统的稳定性问题并进行了吸引域估计。首先根据Finsler’s引理和Lyapunov函数方法研究系统的稳定条件,得到了执行器饱和控制系统稳定的新判据。其次,在稳定条件下,应用凸组合方法和新引入的自由权矩阵使得系统吸引域估计具有更小的保守性,将所得结论转化为线性矩阵不等式,给出了求解最大吸引域优化方法和状态反馈控制器的设计方案。最后通过仿真算例验证结果。二、研究了具有执行器饱和线性连续不确定系统的镇定问题。首先根据Finsler’s引理和Lyapunov函数方法研究系统的稳定性,通过系统的模型转换得到了改进的稳定性条件。其次通过水平集对系统的吸引域进行估计,设计能够使吸引域尽可能大的凸优化方法,所得结果具有更小的保守性。最后通过仿真算例验证结果。三、讨论了具有执行器饱和的线性连续常时滞不确定系统渐近稳定的充分条件。首先,根据扇形区域法处理饱和项,并引入无记忆状态反馈,假设不确定项具有范数有界性,应用Lyapunov函数方法研究系统渐近稳定的充分条件。其次,在稳定条件下,将所得的非线性矩阵不等式转化为线性矩阵不等式,给出了求解无记忆状态反馈控制器的方法。最后,用仿真算例验证了所得结果。四、研究了具有执行器饱和的线性离散时间系统的镇定问题。利用凸组合方法、Finsler’s引理,选择饱和关联的Lyapunov函数对系统进行稳定性分析。在稳定性条件下,通过为每一个椭球寻找相应的多面体,减小吸引域估计的保守性,给出了求解最大吸引域的方法。最后,是全文的总结和未来的展望。

关键词：执行器饱和吸引域估计线性矩阵不等式镇定

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执行器饱和多智能体系统一致性分析

执行器饱和多智能体系统一致性分析

作者：李宏宇沈阳师范大学

学位级别：硕士

多智能体系统已经在很多领域有广泛的应用,因此多智能体系统倍受人们的关注。一致性问题是基础问题,所以深受人们的重视。另外因实际控制系统中饱和现象、时滞现象、外界干扰等诸多限制广泛的存在,所以考虑饱和等约束的多智能体系统的... 详细信息

多智能体系统已经在很多领域有广泛的应用,因此多智能体系统倍受人们的关注。一致性问题是基础问题,所以深受人们的重视。另外因实际控制系统中饱和现象、时滞现象、外界干扰等诸多限制广泛的存在,所以考虑饱和等约束的多智能体系统的一致性问题有理论意义和实际价值。近年来,国内外学者们已经在饱和约束的多智能体系统方面做了许多的研究工作。本文以这些成果为基础,探讨一些饱和多智能体系统一致性问题。本文主要研究多智能体系统在饱和约束、时滞影响下的一致性。设计一致性算法,基于Lyapunov稳定性理论,获得系统实现一致性的充分性条件。本文包括下面内容:首先,简要介绍选题的背景和意义,概述多智能体系统及其一致性问题,饱和多智能体系统一致性的研究现状、时滞多能体系统一致性问题的研究现状。介绍了本文研究中所需要的一些预备知识:图论知识、Kronecker积、吸引域、平均驻留时间等相关概念以及一些重要的引理。其次,考虑一类执行器饱和且自身带有不确定项的多智能体系统,设计一致性算法,用凸组合方法处理饱和非线性,应用Lyapunov稳定性理论,选择合适的V函数,得出系统实现领导-追随下局部一致性的充分性条件,并借助椭球域集合和多面体集合对系统进行吸引域估计,最后,给出了仿真算例。然后,考虑一类输入时滞、饱和约束的连续时间多智能体系统的一致性问题,设计一致性算法,用扇形法思想方法处理饱和,应用Lyapunov稳定性理论,选择合适的V函数,用Jensen不等式引理处理结果,得到多智能体系统实现一致性的充分条件,最后,给出了仿真算例。本文还考虑了同时具有小、大时滞区间(时滞过大不能保证一致性)的饱和约束离散时间多智能体系统,用扇形法思想方法处理饱和,根据时滞的大小分别设计两种控制计协议,从而把该离散时间多智能体系统重新建模成离散时间切换系统,进一步应用Lyapunov稳定性理论和平均驻留时间的方法得出多智能体系统实现一致性满足的充分条件。最后,给出了数值算例。最后,对全文进行总结,并提出工作展望。

关键词：多智能体系统一致性执行器饱和时滞平均驻留时间

执行器饱和约束下的无人飞行器的镇定控制设计

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执行器饱和约束下的无人飞行器的镇定控制设计

作者：吴杨南京邮电大学

学位级别：硕士

垂直起降飞行器(VTOL Vehicles)因为自主悬停、结构简单和机动性强等特点,近年来在军事和民用领域受到了广泛的关注。四旋翼飞行器是垂直起降飞行器中的一种,因此也成为了科学家们的研究重点。本论文主要研究了执行器饱和约束下无人飞... 详细信息

垂直起降飞行器(VTOL Vehicles)因为自主悬停、结构简单和机动性强等特点,近年来在军事和民用领域受到了广泛的关注。四旋翼飞行器是垂直起降飞行器中的一种,因此也成为了科学家们的研究重点。本论文主要研究了执行器饱和约束下无人飞行器的镇定控制设计。首先,介绍了四旋翼飞行器这类垂直起降飞行器和执行器饱和的相关背景知识与研究现状。其次,利用四旋翼飞行器的飞行原理与牛顿-欧拉定理建立了四旋翼飞行器的动力学模型,并将飞行器控制解耦为姿态角和空间位置的内外环控制,再用backstepping方法分别对内外环进行控制律的设计。然后,通过仿真说明了执行器饱和对飞行器系统性能的影响,同时介绍了解决执行器饱和的控制律重构方法,并采用该方法分别对控制律进行静态和动态重构来避免执行器饱和。最后,研究了执行器饱和约束下垂直起降飞行器控制律的设计,建立了该飞行器的系统模型并对系统模型进行适当简化,区别于四旋翼飞行器的控制策略,在设计其控制律时考虑了姿态角和空间位置的耦合关系,将设计好的控制律进行重构使飞行器的控制输入满足实际范围的限制要求,避免了执行器的饱和问题。从单一的四旋翼飞行器到更具一般性的垂直起降飞行器,控制律重构方法既能使飞行器保持原有的稳定,又能避免执行器饱和,可见该方法具有较为广泛的适用性。

关键词：四旋翼飞行器垂直起降飞行器反步法执行器饱和控制律重构

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含执行器饱和的分数阶系统动态输出反馈镇定

控制工程 2017年第9期24卷 1860-1865页

作者：陈凯唐荣年李创海南大学机电工程学院海口570228

针对执行器带饱和的齐次分数阶线性系统的动态输出反馈镇定问题,基于李雅普诺夫函数法提出了在一个较大的吸引域内分数阶系统的渐近稳定条件,并给出了使得执行器带饱和分数阶线性系统稳定的动态输出反馈控制律设计方法。该非线性输出反... 详细信息

针对执行器带饱和的齐次分数阶线性系统的动态输出反馈镇定问题,基于李雅普诺夫函数法提出了在一个较大的吸引域内分数阶系统的渐近稳定条件,并给出了使得执行器带饱和分数阶线性系统稳定的动态输出反馈控制律设计方法。该非线性输出反馈控制器被转化为线性变参数系统,利用控制器的系数矩阵构造出保持闭环系统的局部渐近稳定条件,然后利用线性矩阵不等式求解获得控制器参数。最后提供了一个数值仿真算例来证明所提方法的有效性。

关键词：分数阶系统执行器饱和动态输出反馈镇定