基于T-S模型的非线性时滞系统的分析与综合

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非线性时滞系统的控制问题是控制理论研究的一个重要课题。本论文基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,研究了不确定非线性时滞系统的鲁棒模糊控制问题。本论文的主要工作和研究成果主要体现在以下五个方面: (1)研究了连续T-S模糊时滞系统的时滞相关稳定性。通过在Lyapunov-Krasovskii泛函中引入自由参数,提出了一种基于LMI 的带调节参数的时滞相关稳定性判据。通过将调节参数限定在区间[0,1] 上,弱化了Lyapunov-Krasovskii泛函中积分项在系统稳定性分析和控制器设计中的作用,从而更充分地、有效地利用了时滞参数τ。并且在判据推导过程中,没有利用任何模型变换方法和不等式放大技巧,也没有引入附加矩阵,因此所得判据与现有判据相比具有更弱的保守性,而且放宽了控制对象时滞的约束条件,适用对象广泛。 (2)对于标称非线性模糊时滞系统,讨论了时滞信息已知和时滞信息未知两种情况下的带记忆状态反馈控制器设计问题。时滞信息已知时,采用本论文提出的带调节参数的Lyapunov-Krasovskii泛函分析控制器存在的充分条件,在保证闭环系统稳定的基础上,通过减小调节参数的值,可以增大时滞范围,从而扩大了控制器的适用范围。并且闭环系统的动态性能可以通过选取合适的调节参数而得到优化。时滞信息未知时,通过设计出对记忆尺度的自适应律,并将记忆尺度引入到控制器存在的充分条件中,得到了实时变化的反馈增益,数值仿真验证了所给方法的有效性。 (3)将适用于标称系统的时滞相关方法推广到具有时变不确定性的连续模糊时滞系统,讨论了不确定时滞系统的鲁棒控制问题。对于不确定上界已知的连续模糊时滞系统,采用本文所给的带调节参数的鲁棒控制器,滞后时间τ和不确定摄动值都随调节参数的改变而改变,因此可以通过选取合适的调节参数来扩大时滞上界和不确定摄动值,增强了控制器的适用范围。对于不确定上界未知的连续模糊时滞系统,设计出基于观测器的自适应控制器,并且观测增益和控制增益都受调节参数的影响,从而也可以通过选取合适的调节参数来优化系统动态性能。 (4)针对不确定上界已知的不确定连续模糊时滞系统,分别讨论了系统的保成本控制和H<∞>控制问题,并且系统的保成本值和最小H<∞>性能指标均可以通过改变调节参数的值来改变,从而使得设计的控制器具有更广泛的适用性。通过数值仿真示例,验证了所给方法的有效性。 (5)针对本论文提出的带调节参数的控制器设计方法,探讨了调节参数的选取问题。通过设计出调节参数的自适应律,并将其引入到控制器存在的充分条件中,使得调节参数可以根据系统当前状态及其变化率来改变自身大小,从而实现调节参数的自我调节,优化了系统的动态性能,并且所得的反馈增益是实时变化的。与已有的控制器相比较,文中所给方法具有更弱的保守性,且系统的动态性能更优,并通过仿真示例验证了所给方法的有效性。
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