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前件变量未知的T-S模糊系统输出反馈控制

控制与决策 2019年第9期34卷 1876-1884页

作者：谢文博李鹤张孟禹张健哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080 北京机电工程研究所北京100074 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

针对一类带有未知前件变量的T-S模糊系统,提出一种新的观测器-控制器设计方法.首先,在前件变量完全未知的情况下,将观测误差方程中由未知前件变量导致的相关项利用Lipschitz条件进行限制;然后,根据Lyapunov函数得到系统稳定性条件,同时... 详细信息

针对一类带有未知前件变量的T-S模糊系统,提出一种新的观测器-控制器设计方法.首先,在前件变量完全未知的情况下,将观测误差方程中由未知前件变量导致的相关项利用Lipschitz条件进行限制;然后,根据Lyapunov函数得到系统稳定性条件,同时提出一种基于特征值的矩阵缩放方法和一种基于模糊Lyapunov函数的高增益观测器方法计算观测器-控制器的增益矩阵;最后,针对动力定位船舶的控制问题对两种方法进行仿真验证和比较分析,以表明所提出方法的有效性.

关键词： T-S模糊系统未知前件变量输出反馈观测器控制器 Lyapunov函数

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T-S模糊系统的鲁棒状态估计研究

T-S模糊系统的鲁棒状态估计研究

作者：张峥磊青岛大学

学位级别：硕士

在实际工程中,由于被控对象的复杂性,非线性系统的状态估计研究更有意义。利用takagi-sugeno(t-s)模糊模型刻画非线性系统,可以把复杂的非线性系统转化为多个便于处理的线性子系统,但其与实际非线性系统仍存在一定的偏差。本文引入鲁棒... 详细信息

在实际工程中,由于被控对象的复杂性,非线性系统的状态估计研究更有意义。利用takagi-sugeno(t-s)模糊模型刻画非线性系统,可以把复杂的非线性系统转化为多个便于处理的线性子系统,但其与实际非线性系统仍存在一定的偏差。本文引入鲁棒状态估计思想,将T-S模糊系统与实际系统之间的偏差刻画为模型误差,研究了T-S模糊系统的鲁棒状态估计问题。主要研究内容如下:1、针对一类存在确定性外部输入的T-S模糊系统,研究其鲁棒状态估计问题。与传统的t-s模糊建模方法不同,首先对t-s模糊模型的结构进行重新排列,得到一组线性系统模型,考虑线性系统逼近非线性系统时的偏差,以模型误差的形式体现,更准确地逼近非线性系统。其次,利用基于灵敏度惩罚的鲁棒状态估计方法对线性不确定子系统进行鲁棒状态估计器的设计,再结合隶属度函数对子系统估计器进行加权融合,得到t-s模糊鲁棒状态估计器。第三,给出了t-s模糊鲁棒状态估计器的稳态分析,讨论了它的收敛性和有界性等性质。最后,通过拖车仿真案例验证了该算法的有效性。2、针对一类存在确定性外部输入的T-S模糊系统,研究其存在d步状态时滞情况下的鲁棒状态估计问题。首先,基于鲁棒性的思想,利用t-s模糊规则对非线性系统进行重构,提高了模型的精准度。其次,采用状态增广的方法将具有d步状态时滞的线性不确定子系统转换为无时滞模型并利用基于灵敏度惩罚的鲁棒估计算法得到子系统的状态。第三,利用模糊规则理论得到具有d步状态时滞的T-S模糊系统的状态。此外,在模糊规则和一些弱假设条件下,证明了t-s模糊鲁棒状态估计器估计误差协方差矩阵的有界性。最后,通过卡车挂车的仿真案例,验证了该算法的有效性。3、针对一类存在确定性外部输入的T-S模糊系统,研究其考虑模型随机突变情形下的鲁棒状态估计问题。首先,在考虑结构风险和模型误差的基础上,通过if-then模糊规则来描述非线性系统,并用隐马尔科夫链来刻画系统的异步跳变情况。其次,将系统描述为t-s模糊马尔科夫跳变系统并利用基于灵敏度惩罚的鲁棒状态估计算法来设计模糊鲁棒状态估计器。在子系统李雅普诺夫意义下指数稳定和系统参数矩阵时不变条件下给出了t-s模糊鲁棒状态估计器的稳态分析。最后通过隧道二极管电路的仿真案例验证了所提算法的有效性。

关键词：鲁棒状态估计 T-S模糊系统时滞马尔科夫跳变系统

一类T-S模糊系统的传感器和执行器故障估计与容错控制

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一类T-S模糊系统的传感器和执行器故障估计与容错控制

作者：李悦辽宁科技大学

学位级别：硕士

随着现代控制系统的规模和复杂程度日益增加,保证系统安全是研究的重要前提。而故障估计和容错控制又是保障系统安全工作的有力手段,吸引了众多国内外学者对此进行研究。由于实际系统大多是非线性的,而t-s模糊模型能很好地逼近规模复杂... 详细信息

随着现代控制系统的规模和复杂程度日益增加,保证系统安全是研究的重要前提。而故障估计和容错控制又是保障系统安全工作的有力手段,吸引了众多国内外学者对此进行研究。由于实际系统大多是非线性的,而t-s模糊模型能很好地逼近规模复杂的非线性系统,将复杂非线性系统采用隶属度函数描述为各个线性子系统的线性组合,是分析和处理非线性系统的有力工具。实际上,对T-S模糊系统的研究已经有很多成果。特别是T-S模糊系统的控制问题,其中包含状态反馈和输出反馈的研究。然而由于实际系统的状态信息通常难以获得,因此,有必要对T-S模糊系统的输出反馈控制进行研究。本文主要对一类带有执行器故障和传感器故障的T-S模糊系统的观测器和控制器设计问题进行探究。主要工作有以下两个方面:(1)研究了一类具有多故障的T-S模糊系统的故障估计问题。针对所考虑的模糊系统设计了一个基于输出反馈的估计观测器,设计的具有松弛约束的观测器涵盖了相关文献中现有的鲁棒估计观测器和自适应估计观测器。在设计的基于输出反馈的观测器下,可以很好对闭环系统的多重故障和状态进行估计。基于线性矩阵不等式得到的条件保证了误差动力学的一致有界稳定性。最后,通过数值算例和卡车拖车系统验证了所提方法的优点。(2)针对一类执行器和传感器并存的T-S模糊系统,设计了一个动态输出反馈容错控制器,用于补偿闭环模糊系统执行器故障和传感器故障的影响。利用线性矩阵不等式得到的条件保证了闭环系统的一致有界稳定性。最后,通过一个算例验证了我们方法的有效性。

关键词： T-S模糊系统基于输出反馈的观测器故障估计容错控制线性矩阵不等式(LMI)

一类非线性t-s模糊时滞系统的鲁棒观测器型H_∞控制器设计

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物理学报 2013年第21期62卷 482-492页

作者：宋晓娜刘磊坡河南科技大学电子信息工程学院洛阳471023

针对同时具有分布时滞和非线性项的t-s模糊时滞系统,提出观测器型H∞输出反馈控制器设计方法.首先,以非线性矩阵不等式形式给出时滞相关的满足H∞性能指标的稳定性分析充分条件;其次,给出与所给稳定性条件等价的线性矩阵不等式条件.在... 详细信息

针对同时具有分布时滞和非线性项的t-s模糊时滞系统,提出观测器型H∞输出反馈控制器设计方法.首先,以非线性矩阵不等式形式给出时滞相关的满足H∞性能指标的稳定性分析充分条件;其次,给出与所给稳定性条件等价的线性矩阵不等式条件.在此基础上,讨论带有非线性项的观测器型H∞输出反馈控制的可解问题.最后,通过仿真算例说明控制器设计方法的可行性.

关键词： T-S模糊系统分布时滞观测器型输出反馈控制 H∞控制

基于T-S模糊系统模型重构的鲁棒H∞控制方法研究

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基于T-S模糊系统模型重构的鲁棒H∞控制方法研究

作者：曹展祥哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

自从Zadeh教授提出模糊集合以来,模糊控制理论飞速发展,吸引了大批学者在该领域进行深入的研究。正是由于这些学者共同的努力,模糊控制理论在模型建立,控制器设计以及稳定性分析等方面逐渐成熟化、系统化,实际的工业应用前景也更加清晰... 详细信息

自从Zadeh教授提出模糊集合以来,模糊控制理论飞速发展,吸引了大批学者在该领域进行深入的研究。正是由于这些学者共同的努力,模糊控制理论在模型建立,控制器设计以及稳定性分析等方面逐渐成熟化、系统化,实际的工业应用前景也更加清晰。对于T-S模糊系统而言,减少设计条件中的保守性是一个学术热点问题,产生保守性的主要原因之一是系统稳定条件中缺少隶属度函数信息。如何有效的引入隶属度函数信息,获得低保守性的结果,从而提高实际工程应用范围,是一个值得深入研究的问题。本论文针对连续时间T-S模糊系统的状态反馈控制问题,提出了一种隶属度函数依赖形式的稳定性分析方法。首先,基于一种分段线性逼近理论,把非线性的隶属度函数近似为线性形式,然后使用Lyapunov稳定性分析方法,推导出了数值可解的稳定性条件来计算控制增益矩阵。与以往的方法相比,该方法可以通过增加分段的数目更有效的引入隶属度信息,改善T-S模糊系统的稳定条件。最后,通过一个两规则的倒立摆模型来进一步说明此方法的有效性。基于上述结果,提出了一种更有效利用隶属度函数信息进行稳定性和鲁棒性分析的模型重构方法。该方法依据分段线性逼近理论和扇区非线性建模原理,将隶属度线性逼近过程中产生的误差函数作为新的前件变量,构造了一个新的t-s模糊模型。利用新得到的t-s模糊模型,使用模糊Lyapunov函数,得到了闭环系统数值可解的稳定性条件。与前述方法相比,该方法可以在系统的稳定性分析过程中进一步引入逼近误差信息。由于使用了更多的隶属度信息,所得结果也更加宽松。最后,通过与一些已有结果进行对比,验证了模型重构方法的优越性。

关键词： T-S模糊系统线性逼近模型重构 H∞性能保守性

几类基于非周期采样T-S模糊系统的鲁棒H∞控制

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几类基于非周期采样T-S模糊系统的鲁棒H∞控制

作者：沈宇凯聊城大学

学位级别：硕士

在过去的几年里,非线性系统的模糊控制受到了越来越多的关注.特别地,takagi-sugeno(t-s)模糊模型得到广泛应用,其可以精确地表示许多混沌系统,继而用已有的线性系统理论对一个高度复杂的混沌系统进行系统地分析与合成.本文将围绕t-s模... 详细信息

在过去的几年里,非线性系统的模糊控制受到了越来越多的关注.特别地,takagi-sugeno(t-s)模糊模型得到广泛应用,其可以精确地表示许多混沌系统,继而用已有的线性系统理论对一个高度复杂的混沌系统进行系统地分析与合成.本文将围绕T-S模糊系统展开探讨,在H性能基础上,研究该系统的非周期采样控制、状态反馈控制及输入饱和控制等诸多问题.具体研究内容如下:1.针对一类基于非周期采样的T-S模糊系统,分析其H性能,研究其状态反馈控制器设计问题.为了充分利用系统信息,本文构造由闭环函数组成的新型Lyapunov函数.在该函数基础上,本文以线性矩阵不等式形式给出具有较小保守性的稳定性条件.同时,针对所研究的系统,本文提出一种状态反馈控制器,保证了系统在满足H性能条件下系统的稳定性问题.仿真结果表明,本文所提出的方法真实有效.2.针对一类基于输入饱和的T-S模糊系统,分析其H性能,研究其非周期采样状态反馈控制器设计问题.为了充分利用系统区间())到()和()到(+1))上的信息,我们构造新颖的Lyapunov函数,它由双边闭环函数组成.在该函数基础上,本文以线性矩阵不等式形式给出具有较小保守性的稳定性条件,设计状态反馈控制器使系统达到稳定.同时,在输入饱和条件下,以线性矩阵不等式形式给出优化问题求解条件,用以估计吸引域范围.仿真结果表明,本文所提出的方法真实有效.3.针对一类基于马尔科夫跳变参数的T-S模糊系统,分析其H性能,研究其状态反馈控制器设计问题.首先,为了充分利用系统信息,本文构造了由闭环函数组成的新型的模态相关Lyapunov函数.在该函数基础之上,本文以线性矩阵不等式形式给出具有较小保守性的稳定性条件.同时,针对所研究的T-S模糊系统,本文提出一种状态反馈控制器设计算法,保证了系统在满足H性能条件下达到稳定.仿真结果表明,本文所提出的方法真实有效.

关键词： T-S模糊系统鲁棒H∞控制非周期采样输入饱和控制马尔科夫跳变系统

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t-s模糊采样系统的耗散控制方法与研究

T-S模糊采样系统的耗散控制方法与研究

作者：刘增帅华北理工大学

学位级别：硕士

模糊控制是处理非线性系统的有效方法之一,通过t-s模糊模型可以将非线性转化为局部线性形式,能够有效解决复杂非线性控制系统的问题。另外,耗散控制理论在非线性控制系统中作为一种重要的工具,提供了一种保守性较小的方法。构建系统的... 详细信息

模糊控制是处理非线性系统的有效方法之一,通过t-s模糊模型可以将非线性转化为局部线性形式,能够有效解决复杂非线性控制系统的问题。另外,耗散控制理论在非线性控制系统中作为一种重要的工具,提供了一种保守性较小的方法。构建系统的控制模型,针对系统模型进行稳定性分析,建立了确保系统严格(Q,s,R)-γ-耗散的充分条件。改进包含更多系统信息的Lyapunov-Krasovskii函数,建立稳定性判据,通过对线性矩阵不等式进行求解,进而得到控制器参数增益矩阵,最终通过实例仿真进行可行性分析。具体工作内容如下:以t-s模糊控制理论、采样控制理论和耗散控制理论为基础,结合非线性系统的明显参数特性,建立了模糊系统的数学模型。借助t-s模糊规则可以无限逼近于非线性的原理,进行线性化处理,研究系统的性能。研究结果表明,在不同的采样间隔下,得到的最优耗散性能指标γ优于其它文献。对于系统模型,选取合适的泛函,进行系统的稳定性分析,在泛函的求导过程,借助schur补引理、Free-Matrix-Based不等式以及凸组合等一系列的方法,化简交叉项和积分项,方便得到Linear Matrix Inequalities,即线性矩阵不等式表达的稳定性条件。针对提出的Lyapunov-Krasovskii泛函,以及构建的系统模型,建立起一个保守性较小的耗散性条件,设计出t-s模糊采样控制器。利用Matlab工具箱对线性矩阵不等式进行求解,得到控制器参数。选择合适的数值实例与仿真实验验证其有效性。图15幅;表2个;参51篇。

关键词： T-S模糊系统采样数据控制耗散分析非脆弱控制模糊隶属度函数

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基于间歇控制的T-S模糊系统分析与综合

基于间歇控制的T-S模糊系统分析与综合

作者：彭硕青岛大学

学位级别：硕士

T-S模糊系统可以近似非线性动力学行为,它包含一系列局部线性系统,并通过一组模糊IF-tHEN规则来连接。作为一种不连续的控制方式,间歇控制介于脉冲控制和连续控制之间,弥补了两者的不足,可以在达到系统性能的同时减少信息的传输。然而,... 详细信息

T-S模糊系统可以近似非线性动力学行为,它包含一系列局部线性系统,并通过一组模糊IF-tHEN规则来连接。作为一种不连续的控制方式,间歇控制介于脉冲控制和连续控制之间,弥补了两者的不足,可以在达到系统性能的同时减少信息的传输。然而,基于间歇控制的T-S模糊系统相关成果存在一定的局限性:间歇控制都需要系统在控制时间区间上的连续状态信息;间歇控制都是基于状态反馈完成的,且系统中没有干扰。围绕上述问题,本文针对基于间歇控制的T-S模糊系统分析与综合开展研究。具体内容包含以下两个方面:(1)基于模糊时间触发间歇控制的T-S模糊系统指数镇定针对T-S模糊系统,首先提出模糊时间触发间歇控制的数学描述。与模糊间歇控制相比,模糊时间触发间歇控制在控制时间区间上仅需要采样时刻的信息。与模糊采样控制相比,模糊时间触发间歇控制仅传输部分采样数据。然后,构建新型的混合Lyapunov泛函,建立所导出的模糊时间触发间歇控制系统的指数稳定性准则。接着,在此基础上,进一步给出模糊时间触发间歇控制的设计方法。最后,通过倒立摆系统和劳伦兹混沌系统例子,验证模糊时间触发间歇控制的有效性和优越性。(2)基于模糊动态输出反馈间歇控制的T-S模糊系统H_∞性能针对T-S模糊系统,首先提出模糊动态输出反馈间歇控制的数学描述。与模糊间歇控制相比,模糊动态输出反馈间歇控制仅需要系统在控制时间区间上的输出信息。然后,基于Lyapunov函数,建立所导出的动态输出反馈间歇控制T-S模糊系统具有H_∞性能水平γ的定理。在验证性能指标条件时,提出一种新的方法,即分段积分后对其中两项进行求和处理。与现存的方法相比,该方法过程简单,便于推广。接着,在此基础上,进一步给出模糊动态输出反馈间歇控制的设计方法。最后,通过仿真例子,验证模糊动态输出反馈间歇控制的有效性。

关键词：时间触发间歇控制 T-S模糊系统指数稳定动态输出反馈控制 H_∞性能

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T-S模糊系统基于观测器的控制方法研究

T-S模糊系统基于观测器的控制方法研究

作者：聂尚宵哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

t-s模糊模型有着对非线性系统出色的逼近能力,通过把一些复杂的非线性系统描述为多个线性子系统,从而使得许多成熟的线性控制方法能够应用到这些非线性系统上来。鉴于此,T-S模糊系统在动力定位船舶控制,无人艇控制,悬吊漂浮物随动系统... 详细信息

t-s模糊模型有着对非线性系统出色的逼近能力,通过把一些复杂的非线性系统描述为多个线性子系统,从而使得许多成熟的线性控制方法能够应用到这些非线性系统上来。鉴于此,T-S模糊系统在动力定位船舶控制,无人艇控制,悬吊漂浮物随动系统控制以及网络控制等领域有着广阔的应用前景,并且在某些领域已经带来了一些可喜的现实效益。对于一类状态量不可测且带有外部干扰的T-S模糊系统,本文将研究低保守性的观测器-控制器综合设计方法,主要包括如下两部分:针对具有外部干扰和不可测前件变量的T-S模糊系统,提出了一种鲁棒全维观测器-控制器设计方法。对于误差系统中未知前件变量引入的隶属度函数复杂项,使用微分中值定理将其转化为观测器误差。考虑到转化过程中由于偏导数项而导致的非线性元素的存在,使用扇区非线性方法对非线性项进行建模,得到了新形式的观测误差系统。随后,设计了基于观测状态的模糊控制器,从而完成了对系统完整的闭环设计。然后利用Lyapunov函数对闭环误差系统进行稳定性分析,并将稳定性条件表示为便于数值求解的线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality,LMI）。最后,通过仿真分析并与已有方法进行对比,说明了所提方法的有效性。针对带有未知外部干扰和复杂前件变量的T-S模糊系统,提出了一种保守性更低的函数观测器-控制器设计方法,可以将状态量构成的控制率直接观测出来。基于鲁棒分离原理,给出了两个t-s模糊形式系统,分别用于控制器部分和函数观测器部分的分析和设计。在控制器设计部分,假设系统状态量已知,设计了一种带有扰动的模糊控制器,抵消了扰动对系统的影响。在函数观测器部分,将控制增益矩阵作为设计过程中的已知量,给出了观测器增益矩阵的求解方法。随后基于Lyapunov方法,得到了函数观测器-控制器增广误差系统的稳定性条件。最后,针对船舶动力定位系统的状态不可测问题,说明了设计方法的可行性。

关键词： T-S模糊系统控制器观测器鲁棒性前件变量