时滞不确定系统性能鲁棒控制及应用研究

论文摘要

在航空航天控制、通讯系统以及工业生产等实际工程领域中,时滞现象是普遍存在的。时滞的存在使得系统的分析与控制器的设计变得更加复杂和困难,也是导致系统不稳定和系统性能变差的重要原因。同时,被控对象往往还会受到各种不确定因素的影响。因此时滞不确定系统的研究具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文主要对时滞不确定系统性能鲁棒控制及其在飞行控制中的应用进行了研究。首先,研究了一类含范数有界不确定性时滞系统的非脆弱保性能控制。利用Lyapunov方法,讨论了该类系统的非脆弱保性能状态反馈控制器设计问题。根据给出的二次型性能指标,在系统不确定性和控制器扰动满足增益有界条件下,得到了使得系统鲁棒渐进稳定的充分条件以及性能指标的最小上界。通过求解一个线性矩阵不等式组(LMIs),即可得到鲁棒稳定控制器。其次,针对一类状态和控制输入矩阵均为区间矩阵的不确定中立型时滞系统,基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,研究了该系统时滞依赖型H∞状态反馈控制律存在的充分条件和参数化表示方法。所设计的控制器不仅可以使系统状态渐进稳定,还能保证H∞性能指标小于给定的界γ> 0。接着,针对一类有参数摄动和状态时滞的时滞不确定系统,提出了一种鲁棒控制器设计方法,该控制方案将鲁棒H∞控制和神经网络控制结合起来。首先由线性矩阵不等式(LMI)设计了系统线性部分的鲁棒控制器,然后用神经网络来补偿系统控制输入中的不确定部分。合理选择Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性。最后,基于神经网络研究了一类非线性时滞不确定系统的鲁棒自适应控制器的设计及其在飞行控制中的应用。该控制器由鲁棒控制器和补偿控制器两部分组成。用RBF神经网络来逼近系统中未知非线性项,设计自适应控制律动态调整网络权值来改进系统的性能,同时设计H∞补偿控制器来抑制神经网络误差和外部干扰影响。该方法不仅可以使系统能跟踪期望轨迹,还能满足给定的性能指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 时滞系统的概念和研究背景
• 1.2 非线性时滞系统的研究现状
• 1.3 时滞系统保性能控制的研究现状
• ∞控制的研究现状'>1.4 时滞系统H_∞控制的研究现状
• 1.5 时滞系统鲁棒自适应控制的研究现状
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 时滞系统研究的理论基础
• 2.1 线性矩阵不等式
• 2.2 系统的稳定性问题
• 2.3 保性能控制
• ∞控制'>2.4 H_∞控制
• 2.5 基本引理
• 2.6 本章小结
• 第三章 时滞不确定系统非脆弱保性能控制
• 3.1 引言
• 3.2 时滞不确定系统的时滞无关保性能控制
• 3.3 多时滞不确定系统的时滞相关保性能控制
• 3.4 本章小结
• ∞控制'>第四章 区间中立型时滞系统时滞相关型非脆弱H_∞控制
• 4.1 引言
• 4.2 系统描述
• 4.3 主要结论
• 4.4 实例仿真
• 4.5 本章小结
• ∞控制'>第五章 基于神经网络的时滞不确定系统的鲁棒H_∞控制
• 5.1 引言
• 5.2 系统描述
• 5.3 主要结论
• 5.4 实例仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于神经网络的非线性时滞不确定系统鲁棒自适应控制
• 6.1 引言
• 6.2 系统描述
• ∞控制器设计'>6.3 基于RBF 神经网络自适应H_∞控制器设计
• 6.4 系统闭环性能分析
• 6.5 基于神经网络的鲁棒自适应飞行控制系统
• 6.6 基于神经网络的鲁棒自适应飞行控制仿真
• 6.7 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 本文的不足和进一步展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间所发表的学术论文
• 附录一 主要符号表