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重置控制系统的稳定性分析

重置控制系统的稳定性分析

作者：李保平陕西师范大学

学位级别：硕士

重置控制系统是一种具有能在瞬间时刻重置原系统的状态功能的线性补偿器,一般情况下它可以在预先设置的重置条件被满足达到重置时刻时将系统的状态重新调整为零,对于一些不稳定或者稳定性不能达到预定要求的系统,如果能为其设计一个恰... 详细信息

重置控制系统是一种具有能在瞬间时刻重置原系统的状态功能的线性补偿器,一般情况下它可以在预先设置的重置条件被满足达到重置时刻时将系统的状态重新调整为零,对于一些不稳定或者稳定性不能达到预定要求的系统,如果能为其设计一个恰当的重置控制补偿器,那么可能会将这些系统的稳定性得到很大的提升,基于这种情况,对于重置控制系统稳定性的分析与判断显得尤为重要,文章中主要考虑的是系统的输入输出稳定性,系统的输入输出稳定性是通过系统的耗散性来分析的。重置控制系统可以分为全额重置控制系统和部分重置控制系统,其中全额重置控制系统是将系统的状态在重置条件被触发时全部重置到零,而部分重置控制系统是将系统的部分状态在重置条件被触发时重置到零,而这些都是由重置矩阵来实现的。本篇文章首先详细的介绍重置控制系统的基本概念以及重置控制系统优点与缺点,其次文章中将要分析重置控制系统的稳定性,介绍了一些文献中对于重置控制系统稳定性的判定方法,并再次基础上将重置控制的概念引入奇异控制系统,得到奇异重置控制系统,给出奇异重置控制系统的稳定性判断定理与一些推论。

关键词：重置控制奇异系统稳定性补偿器耗散性

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重置控制系统分析及其在球杆系统中的应用

重置控制系统分析及其在球杆系统中的应用

作者：贺威中南大学

学位级别：硕士

重置控制是一类混杂控制方案,它类似于现在流行的许多非线性控制策略,如切换控制、继电器控制、滑模控制。这些控制方法的一个共同点是都使用一个切换面来触发控制信号的改变,而重置控制的不同点在于切换面的两侧使用了相同的控制规则... 详细信息

重置控制是一类混杂控制方案,它类似于现在流行的许多非线性控制策略,如切换控制、继电器控制、滑模控制。这些控制方法的一个共同点是都使用一个切换面来触发控制信号的改变,而重置控制的不同点在于切换面的两侧使用了相同的控制规则。重置控制由一个连续的基线性系统和一个重置律组成,当触发信号穿越某个面时,将控制器的部分状态重置为零。重置行为使得系统轨迹发生了跳变。在控制回路引入控制状态的重置可以有效的克服线性反馈控制设计中的局限,改善系统性能。重置控制系统是复杂系统中的重要分支,它推动了控制系统理论的进一步完善,延伸了控制理论基本概念和方法的适用范围,同时也提出了更多挑战性的理论问题。本文从重置控制理论的基本概念和方法出发,借助适当的数学工具,研究重置系统的动力学行为及其控制性能,进而考虑其稳定性、设计方法和在球杆系统上的应用。本文首先验证了重置控制相对于线性反馈控制的优势,并综述了重置控制稳定性的基本结论。然后研究了非线性重置控制系统的稳定性,证明了当基线性系统只存在弱Lyapunov函数且重置映射弱耗散时,只要基线性系统满足解析性条件,则非线性重置系统渐进稳定。本文还提出了基于提前重置的重置PID控制器设计,并应用于球杆系统的控制。仿真结果表明,与传统PID控制相比,本文提出的重置PID控制器具有更好的瞬间响应性能。

关键词：重置控制球杆系统渐进稳定性二次稳定性 Lyapunov函数

基于重置控制的一般线性多智能体系统无领导者一致性问题

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厦门大学学报（自然科学版） 2022年第6期61卷 954-960页

作者：江雨龙胡文峰彭涛阳春华中南大学自动化学院湖南长沙410083

研究了无向通信拓扑下一般线性多智能体系统的无领导者一致性问题,提出了一种带有时变增益矩阵的重置一致性协议.该重置控制协议设计当误差进入预设重置环时触发,而不是传统误差过零点的触发方式.本质上,重置协议提供了一类额外且有效... 详细信息

研究了无向通信拓扑下一般线性多智能体系统的无领导者一致性问题,提出了一种带有时变增益矩阵的重置一致性协议.该重置控制协议设计当误差进入预设重置环时触发,而不是传统误差过零点的触发方式.本质上,重置协议提供了一类额外且有效的动态增益,这意味它可以改善系统的暂态性能,比如更快的收敛速度和较小的控制代价.利用Lyapunov稳定性理论,证明了多智能体系统可实现渐近一致.最后通过仿真对比,验证了所提算法的有效性.

关键词：重置控制无领导者一致性一般线性多智能体系统

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水箱液位控制系统重置控制策略研究

水箱液位控制系统重置控制策略研究

作者：丁勇中南大学

学位级别：硕士

液位控制系统具有时滞、非线性、惯性等特点,现有的控制方法难以有效的补偿时滞对系统的影响且调节时间过长并产生较大超调。为了解决调节时间过长与超调量过大的问题,本文以二阶液位控制系统为实验对象,主要研究了重置控制在液位控制... 详细信息

液位控制系统具有时滞、非线性、惯性等特点,现有的控制方法难以有效的补偿时滞对系统的影响且调节时间过长并产生较大超调。为了解决调节时间过长与超调量过大的问题,本文以二阶液位控制系统为实验对象,主要研究了重置控制在液位控制系统中的瞬间控制性能。首先,在研究重置控制基础上将提前重置PID引入到液位控制系统中,仿真与实验结果表明,与普通的PID控制相比较,提前重置PID在水箱液位控制系统中能取得更好的控制性能。另外,在仿真与实验的基础上,本文对重置控制和模糊控制进行了分析对比。实验结果表明,与普通的PID控制及模糊控制相比,重置PID提高了液位控制系统的瞬间响应性能,减少了到达稳态的过渡时间且产生较小的超调量。提前重置PID进一步减小了上升沿的超调量且在下降沿没有产生超调。其次,为了解决提前重置PID上升沿出现的超调问题,本文将上升沿时触发的重置律切换到一个比稳态时积分器输出值更小的值,保持一定时间后再切换到稳态时积分器输出值。这种切换可以释放掉上升阶段更多的积分能量,使得上升沿时无超调量产生,同时保证了稳态时不会产生过大的稳态误差并保持了系统的稳定性。最后,重置控制器的设计需要根据模型计算稳态时积分器的值。然而辨识的模型并不能精确的描述液位系统的特性,为了获得稳态积分器精确的值,本文在采用实验与理论相结合的方法得到了稳态积分器值与设定值的线性关系。本文的突出工作在于将重置控制引入到液位控制系统中,并取得显著的控制效果。同时针对重置控制在实际液位控制系统中应用缺陷,本文提出了基于切换思想的改善重置律方法,实现了根据具体控制对象改善提前重置PID重置律的目的。图42,表2,参考文献61

关键词：液位控制系统参数辨识重置控制提前重置模糊控制

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网络化线性系统的重置控制

控制工程 2005年第4期12卷 393-397页

作者：郭戈马孜大连海事大学自动化研究中心辽宁大连116026

针对经由具有通信带宽限制的网络通道构成反馈的重置控制系统,分析了网络延时对重置控制系统和稳定性的影响,在考虑传感器-控制器延时和控制器-执行器延时的情况下,利用Kalman-Yakubovich-Popov(KYP)引理,获得了由线性被控对象和线性状... 详细信息

针对经由具有通信带宽限制的网络通道构成反馈的重置控制系统,分析了网络延时对重置控制系统和稳定性的影响,在考虑传感器-控制器延时和控制器-执行器延时的情况下,利用Kalman-Yakubovich-Popov(KYP)引理,获得了由线性被控对象和线性状态反馈控制器组成的重置系统的类Lyapunov指数稳定性判据和鲁棒稳定性判据,进而得到一种实用的二次稳定性条件。

关键词：重置控制网络化控制系统类Lyapunov稳定性二次稳定性

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多智能体系统一致性重置控制算法研究

多智能体系统一致性重置控制算法研究

作者：成毅中南大学

学位级别：硕士

群体智能是人工智领域的一个重要分支。其中,多智能体系统一致性问题是一类十分重要的研究课题,它也是许多复杂问题诸如多智能体编队控制、多智能体旋转控制、包含控制等的研究基础。为了解决多智能体系统一致性问题,传统的一致性控制... 详细信息

群体智能是人工智领域的一个重要分支。其中,多智能体系统一致性问题是一类十分重要的研究课题,它也是许多复杂问题诸如多智能体编队控制、多智能体旋转控制、包含控制等的研究基础。为了解决多智能体系统一致性问题,传统的一致性控制大多采用线性控制算法,然而,大部分基于线性控制算法的研究都着重于系统的稳态特性,而往往忽视了系统的暂态特性,即在实现系统一致性的同时未能综合考虑系统的调节时间与超调量等暂态性能指标。为了克服线性控制算法的局限性,重置控制被提出用于提高系统的暂态性能。到目前为止,有关重置控制的研究大多是围绕单系统,而多智能体相关的研究仍然不够充足。因此本文的主要创新工作如下:1.针对传统的线性控制算法无法兼顾二阶多智能体系统控制中的暂态性能问题,首先提出了基于一维重置机制的一致性控制算法。该算法在解决无向拓扑下二阶多智能体系统一致性问题的同时保证了重置机制具有Regularity属性。然后通过性能理论分析与比较,证明了一致性重置控制算法能够提升多智能体系统的一致性收敛速度。仿真结果表明,相比于传统线性控制算法与常见的非线性控制算法,一致性重置控制算法可以在维持较低的控制代价下有效地提升系统的暂态性能。2.针对传统重置控制方法无法应用于一般线性高维多智能体系统在有向拓扑下的协同控制问题,提出了基于芝诺异常排除的一致性重置控制算法。首先通过混杂系统的稳定性分析方法解决了有向拓扑下一般线性多智能体系统的一致性问题,同时保证了所设计重置机制的Regularity属性。然后通过集成时间相关的重置触发条件,排除了重置机制的芝诺行为。通过仿真验证了所提出的一致性重置控制算法的综合性能(稳态/暂态性能、控制代价、控制器抖动现象)。3.针对传统重置控制方法无法应用于一般线性多智能体系统在切换拓扑下的协同控制问题,提出了基于时变增益矩阵的一致性重置控制算法。首先通过发展一类时变系统的稳定性分析方法解决了切换拓扑下一般线性多智能体系统的一致性问题。然后通过在重置机制中集成zero带,提高了重置机制的鲁棒性。通过仿真实验,验证了算法的有效性。图18幅,表4个,参考文献65篇

关键词：一致性线性多智能体系统重置控制混杂系统

事件触发重置控制器研究及其在水面无人艇轨迹跟踪控制系统中的应用

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事件触发重置控制器研究及其在水面无人艇轨迹跟踪控制系统中的应...

作者：张抒宇南京理工大学

学位级别：硕士

水面无人艇在诸多领域具有重要的应用价值,近年来,水面无人艇的轨迹跟踪控制技术已成为水面机器人学的国际研究热点。同时,随着计算机和网络技术的飞速发展,通信网络在工程领域中广泛应用。但是,通信通道的有限容量对系统控制的实时性... 详细信息

水面无人艇在诸多领域具有重要的应用价值,近年来,水面无人艇的轨迹跟踪控制技术已成为水面机器人学的国际研究热点。同时,随着计算机和网络技术的飞速发展,通信网络在工程领域中广泛应用。但是,通信通道的有限容量对系统控制的实时性能是很大的挑战。因此,减少水面无人艇传感器和控制器之间的数据传输是非常有价值的问题。且由于水面无人艇自身结构和任务的复杂性等原因,需考虑模型的不确定性和控制输入的受限等问题。重置控制系统属于一种特殊的间断连续混杂系统,其可以克服线性反馈控制设计的局限性。作为非线性补偿器,重置控制器可以确保系统的稳定性和鲁棒性。因此,在水面无人艇的轨迹跟踪控制中应用重置控制具有重要意义。综合考虑上述因素,本文主要探究基于事件触发与混杂系统的重置控制器设计及其在水面无人艇轨迹跟踪控制上的应用,以减少水面无人艇系统传感器和控制器之间的传输,同时保证理想的闭环行为。具体的研究内容如下:(1)利用间断连续混杂系统双时间与双输入特性,定义了一类新型的具有良好轨迹跟踪性能的反馈控制器,即基于PCHS的重置控制器。并给出了基于PCHS的事件触发重置控制系统的整体架构。(2)对基于PCHS的重置控制器的重置律进行了研究,给出了两种重置控制策略设计。首先提出了一种基于瞬态响应性能的重置控制策略。所设计的重置控制器主要基于一阶重置单元模型,除跟踪误差之外,引入了跟踪误差的导数信息来构造重置机制,从而促使跟踪误差的导数的正负性与跟踪误差的正负性趋于相反,达到降低系统超调和减少稳定时间的性能目标。其次,提出了一种基于稳定性能的重置控制策略,针对受扰动系统,根据Lyapunov函数表达式,设计重置机制和重置值,保证了从扰动到输出有限增益稳定,且该重置控制系统的增益小于等于其基系统的增益,改进增益稳定性能,提高干扰衰减能力。(3)设计和研究了基于事件触发及混杂系统的轨迹跟踪控制器。其中重置机制和事件触发机制分开设计,从而保证控制性能的提高和通信资源占用的减少。分别设计了静态事件机制和动态事件机制,并结合基于瞬态响应性能的重置策略,对闭环系统进行了稳定性分析。此外,将其应用于水面无人艇轨迹跟踪控制系统中,验证了所提出的轨迹跟踪控制器的有效性。(4)针对一类非线性系统构造了基于模型预测的事件触发模糊重置控制。所提出的事件触发模糊重置控制器基于离散采样输出,大大减少了通信资源的占用。考虑到系统状态无法测量时,引入了T-S模糊观测器来构造基于观测器的控制器,以保证系统的输入到状态稳定性。此外,重置律的设计基于模型预测策略,该方法通过预测重置瞬间的系统状态,最小化二次代价函数来求得重置后的值。最后针对水面无人艇系统,在数值仿真中将该控制器与输出反馈模糊控制器和一阶模糊重置控制器的响应性能进行比较,验证了所提出方法的有效性。

关键词：间断连续系统重置控制事件触发模型预测 T-S模糊

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基于采样触发信号的重置控制系统分析和设计

科技创新导报 2012年第23期9卷 23-24页

作者：杨贵军张关关中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083

针对重置控制系统理论分析时多采用连续触发信号,导致稳定性结论在实际运用中的局限性,本文主要研究基于采样触发信号的重置控制系统,提出稳定性判据,并进行重置控制器的设计。以双闭环直流调速系统为例,借助Matlab/Simulink仿真平台,... 详细信息

针对重置控制系统理论分析时多采用连续触发信号,导致稳定性结论在实际运用中的局限性,本文主要研究基于采样触发信号的重置控制系统,提出稳定性判据,并进行重置控制器的设计。以双闭环直流调速系统为例,借助Matlab/Simulink仿真平台,进行系统建模和重置控制器的设计,仿真结果表明,重置控制器在调和系统超调量与系统响应时间方面具有很好的效果,改善了系统动态性能。

关键词：重置控制采样信号 Matlab/Simulink 直流调速系统

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奇异离散型重置控制系统的稳定性

纺织高校基础科学学报 2014年第3期27卷 337-341页

作者：李保平吴保卫张小茜陕西师范大学数学与信息科学学院陕西西安710062

利用线性系统的耗散性对线性系统的输入输出稳定性进行分析.将重置控制的概念引入奇异离散型系统中,给出了奇异离散型重置控制系统的定义,并运用线性矩阵不等式对奇异离散型重置控制系统的耗散性进行分析,得到其稳定性的判定方法.

关键词：奇异系统重置控制耗散性线性矩阵不等式