基于T-S模型的非线性系统预测控制研究

论文摘要

在实际工业过程中,对于存在时滞和不确定项的系统,尤其是大规模的复杂系统难以用线性模型精确地对其进行描述。本课题考虑采用针对非线性系统有良好的跟踪性和鲁棒性的预测控制方法,在对复杂系统的建模过程中采用T-S模糊模型,结合Lyapunov-Krasovskii函数及线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality, LMI）等理论,系统地研究了非线性系统的预测控制算法。分为下述内容:1)科研前瞻及理论基础。综合叙述选题背景,预测控制及T-S模糊模型相关科研实情。介绍了预测控制和T-S模糊模型的理论基础和重要定义,线性矩阵不等式（LMI）相关知识以及涉及到的重要引理。2)研究了采用T-S模糊模型建模的复杂非线性系统的Lyapunov渐近稳定性。针对存在不确定项和输入具有执行器饱和的两类时滞非线性系统,分别以模糊状态反馈控制律设计局部控制器,展开预测控制算法研究。3)研究了T-S模糊建模系统的有限时间预测控制。针对存在不确定参数的离散非线性系统,采用“max-min”方法给出目标函数的上界值。优化二次型性能指标,并给出有限时间预测控制器的设计方法,保证系统在一段有限时间内状态始终不超过某一给定的边界值。最后仿真实例也证明了算法的有效性。4)针对具有凸胞和范数有界两类不确定因素的约束离散时间非线性系统,采用滚动优化的方法,提出基于T-S模糊模型的H∞预测控制。采用线性矩阵不等式（LMI）的技术优化一个同时考虑系统控制要求和H∞干扰抑制能力的多目标性能指标函数,给出新的充分条件,求解状态反馈控制律,保证闭环系统Lyapunov渐近稳定和满足时域硬约束。最后,分别针对两种不确定情况下的非线性系统,设计仿真实例,验证所提控制器设计方法具有满意的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 T-S 模糊系统的研究概况
• 1.3 模型预测控制的研究概况
• 1.4 本文结构简介
• 第二章 预备知识
• 2.1 T-S 模糊系统理论基础
• 2.1.1 T-S 模糊模型的建模过程
• 2.1.2 T-S 模糊控制器的设计
• 2.2 控制系统稳定的理论基础
• 2.2.1 Lyapunov 渐近稳定
• 2.2.2 有限时间稳定
• 2.3 线性矩阵不等式（LMI）基础
• 2.3.1 线性矩阵不等式定义
• 2.3.2 可转化为线性矩阵不等式的问题
• 2.3.3 线性矩阵不等式求解算法
• 2.4 Schur 补性质
• 2.5 本章小结
• 第三章 时滞T-S 模糊系统预测控制问题
• 3.1 引言
• 3.2 不确定时滞T-S 模糊系统预测控制
• 3.2.1 系统描述
• 3.2.2 主要结论
• 3.2.3 仿真实例
• 3.3 饱和时滞T-S 模糊系统预测控制
• 3.3.1 系统描述
• 3.3.2 主要结论
• 3.3.3 仿真实例
• 3.4 本章小结
• 第四章 T-S 模糊系统有限时间预测控制
• 4.1 引言
• 4.2 不确定T-S 模糊系统描述
• 4.3 主要结论
• 4.4 仿真实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 T-S 模糊系统H∞滚动优化
• 5.1 引言
• 5.2 多胞不确定模糊系统滚动时域H∞控制
• 5.2.1 系统描述
• 5.2.2 主要结论
• 5.2.3 仿真实例
• 5.3 范数有界不确定模糊系统滚动时域H∞控制
• 5.3.1 系统描述
• 5.3.2 主要结论
• 5.3.3 仿真实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文