非线性系统的模糊控制与网络控制的研究

论文摘要

模糊控制一直被认为是解决复杂非线性系统建模和控制问题的一种行之有效的方法.基于不同的模糊模型研究非线性系统的稳定性分析与控制器设计一直是模糊控制领域所关注的问题.而且对已有结果的不断改进和理论上的逐步完善也是近些年研究的热点问题.另外,随着工业系统网络化的趋势,将通讯网络引入闭环系统,会给系统的分析和设计带来许多新问题.本文基于模糊双曲正切模型（FHM）针对几类非线性系统进行了多种控制问题的研究.而且,分别基于T-S模糊模型和FHM研究了非线性网络控制系统（NCS）的鲁棒控制问题.在非线性系统的控制与网络控制方面,提供了新的结果与新的思路.文中主要基于Lyapunov理论和线性矩阵不等式（LMI）技术,其主要工作如下：1.针对一类连续非线性系统,研究了基于FHM的分析与设计问题.首先,在考虑逼近误差和外部扰动的情况下,设计了模糊双曲型的H∞控制器.所得的结果可以方便的扩展到带有多胞不确定的系统.然后,研究了基于FHM的积分滑模控制问题.提出的控制器能够保证系统的状态轨迹在有限时间内到达指定的滑模面并保持在它上面运动.2.针对一类连续非线性时滞系统,研究了基于时滞模糊双曲正切模型（DFHM）的稳定性分析和控制器设计问题.首先,建立未知连续非线性时滞系统的DFHM.其次,采用新颖的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出了系统稳定的判据.所得结果被分别扩展到带有多胞不确定和范数有界不确定的系统.然后,采用时滞独立的Lyapunov泛函方法,给出了混合H2/H∞控制器的设计方法.3.针对一类离散非线性系统,研究了基于FHM的分析与设计问题.首先,根据FHM的结构特点,分别为其设计了可靠保性能控制器,混合H2/H∞控制器和非脆弱保性能控制器.在设计过程中,把Lyapunov矩阵P由正定对角矩阵放宽到正定对角占优矩阵,减少了设计的保守性,得到了较好的结果.4.研究了基于T-S模糊模型的非线性NCS的鲁棒H∞控制问题.首先,用T-S模糊模型来描述一类带有不确定的非线性被控对象.其次,在网络环境下,同时考虑网络诱导延时和丢包问题,设计的控制器保证了闭环NCS渐近稳定并具有鲁棒H∞性能.文中提出的最大允许控制间隔δ可以同时反映网络诱导延时和丢包问题.而且,在我们的方法中并不要求限定网络诱导延时必须小于一个采样周期.5.采用基于模型的方法研究了一类非线性NCS的鲁棒控制问题.首先,用T-S模型来描述一类带有外部扰动的非线性被控对象.其次,在控制器一端,设计模糊估计器（FE）用来估计被控对象的状态.其目的在于减小系统的采样频率,从而有效的降低网络通信的负担.然后,使用FE的状态来构造控制信号,设计控制器参数使得闭环NCS渐近稳定并具有鲁棒H∞性能.6.针对一类连续非线性系统,研究了基于FHM的网络控制问题.利用新的Lyapunov-Krasovskii泛函和新颖的处理时滞系统的技术,设计了状态反馈控制器,给出了闭环系统稳定的充分条件.最后,指出了非线性系统模糊控制与网络控制方法研究中一些存在的问题和发展方向,并对接下来的研究工作进行了展望.

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 模糊控制的发展历程及研究现状
• 1.2.1 常见的模糊推理系统
• 1.2.2 模糊控制系统的分析与设计
• 1.3 网络控制系统概述
• 1.3.1 网络控制系统中的关键问题
• 1.3.2 网络控制系统的研究现状
• 1.3.3 关于NCS的几点思考
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 符号说明
• 第二章 基于FHM的一类连续非线性系统的分析与设计
• 2.1 引言
• 2.2 模糊双曲正切模型
• ∞控制器设计'>2.3 H_∞控制器设计
• 2.3.1 问题描述
• 2.3.2 主要结果
• 2.3.3 仿真例子
• 2.4 积分滑模控制器设计
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 主要结果
• 2.4.3 仿真例子
• 2.5 小结
• 第三章 基于DFHM的一类连续非线性时滞系统的分析与设计
• 3.1 引言
• 3.2 预备知识
• 3.2.1 模糊建模
• 3.2.2 DFHM的递归神经网络的实现
• 3.3 时滞依赖的稳定性分析
• 3.3.1 标称系统的稳定性
• 3.3.2 带有多胞不确定性系统的稳定性
• 3.3.3 带有范数有界不确定性系统的稳定性
• 3.3.4 数值例子
• 3.4 控制器综合
• 3.4.1 问题描述
• ∞控制器设计'>3.4.2 H_∞控制器设计
• 2控制器设计'>3.4.3 H₂控制器设计
• 2/H_∞控制器设计'>3.4.4 混合H₂/H_∞控制器设计
• 3.4.5 仿真例子
• 3.5 小结
• 第四章 基于FHM的一类离散非线性系统的分析与设计
• 4.1 引言
• 4.2 离散系统建模
• 4.3 基于FHM的可靠控制器设计
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 问题描述
• 4.3.3 主要结果
• 4.3.4 仿真例子
• 2/H_∞控制'>4.4 基于FHM的混合H₂/H_∞控制
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 问题描述
• 4.4.3 主要结果
• 4.4.4 仿真例子
• 4.5 基于FHM的非脆弱控制器设计
• 4.5.1 引言
• 4.5.2 问题描述
• 4.5.3 主要结果
• 4.5.4 仿真研究
• 4.6 小结
• ∞控制'>第五章 基于T-S模糊模型的非线性NCS的鲁棒H_∞控制
• 5.1 引言
• 5.2 系统描述
• 5.3 主要结果
• 5.4 仿真研究
• 5.5 小结
• 第六章 针对一类非线性系统的网络控制:基于模型的方法
• 6.1 引言
• 6.2 FE-NCS描述
• 6.3 模糊鲁棒控制器设计
• 6.4 仿真研究
• 6.5 小结
• 第七章 基于FHM的一类非线性系统的网络控制
• 7.1 引言
• 7.2 系统描述
• 7.3 主要结果
• 7.4 小结
• 第八章 问题与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 致谢
• 个人简历