几类非线性随机系统的鲁棒控制研究

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目前,随机控制理论已经成为自动控制理论的一个重要分支,这一学科的发展将会对生产和科学技术的进步产生巨大的推动作用,因此,深入研究非线性随机系统的控制理论与方法具有重要的理论意义和实用价值。本文针对几类非线性随机系统的鲁棒控制问题展开研究,主要研究了一类非线性随机系统的鲁棒自适应控制问题,一类非线性随机时滞区间系统的均方指数稳定性问题:提出了一种新的模型:模糊随机双曲正切模型;基于模糊随机双曲正切模型,研究了具有参数不确定常时滞和时变时滞非线性随机系统的鲁棒H∞控制问题;提出了一类考虑建模误差的模糊随机双曲正切模型,并研究了基于这种模型的非线性随机系统的鲁棒H控制问题,取得了如下成果。   1.研究了一类不确定随机系统的鲁棒自适应控制问题,所研究系统的未知非线性时滞扰动项关于状态及时滞状态范数有界,但增益未知。取消了相关文献中要求系统必须满足匹配条件的限制。综合运用线性矩阵不等式方法、自由权矩阵方法,并结合一个积分不等式、一种数学恒等变换和范数的性质等控制方法与数学工具,给出了一种鲁棒自适应控制器的设计方法。所设计的控制器能够保证相应的闭环系统均方意义下渐近稳定。由于多种工具的综合、合理地运用以及在不等式放大过程中没有舍弃任何负定项,所得结果具有较小的保守性。   2.研究了一类含有不确定性参数和时变时滞扰动的非线性随机区间系统的均方指数稳定问题。利用Young不等式、矩阵特征值和范数的性质以及随机微分方程的Razumikhin-type定理研究了系统的内部稳定性,给出了保证所研究系统的均方指数稳定性的充分条件,在此基础上提出了保证系统均方指数稳定的控制器设计方法。直接利用Lyapunov函数中的正定矩阵进行控制器的设计,回避了传统的利用上述正定矩阵的逆矩阵的处理方法,减少了保守性。   3.提出了一类新的模型:模糊随机双曲正切模型(FSHTM),并研究了基于FSHTM的非线性随机系统的鲁棒H∞控制问题。针对一类不确定时滞非线性随机系统,给出了存在期望的控制器的以线性矩阵不等式表示的充分条件,设计的控制器不仅可保证闭环系统均方渐近稳定,而且还能够满足给定的H∞性能指标。提出了一种新的把非线性矩阵线性化的方法,然后,直接使用了从线性矩阵不等式解出的正定矩阵进行控制器的设计,无须求其逆矩阵,减少了计算负担,提高了控制精度。另外,通过选择一种新的Lyapunov-Krasovskii泛函,针对一类多时滞的随机系统的鲁棒H∞控制问题得到了新的控制律。   4.研究了基于FSHTM的非线性时变时滞随机系统的鲁棒H∞控制问题。系统模型中含有不确定性参数和时变时滞。根据Lyapunov稳定性理论,利用一种数学恒等变换并结合自由权矩阵和线性矩阵不等式方法,降低了单纯使用一种方法所带来的保守性。设计了双曲正切函数形式的非线性状态反馈控制器。这种控制器实现简单,不仅可保证闭环系统均方渐近稳定,而且还能够达到给定的H∞性能指标。   5.针对时变时滞不确定随机系统的鲁棒H∞控制提出改进的方法。提出时滞依赖并依赖于时滞导数上下界的稳定性准则,并给出了新的控制器设计方法,传统的控制增益的确定总要涉及到正定矩阵,本文则把正定矩阵的要求放宽到非奇异矩阵。另外,基于FSHTM提出的另一种方法则是利用一般的正定矩阵来构造Lyapunov-Krasovoskii泛函来研究随机系统的鲁棒H∞控制,而已有的相关结果则是利用对角正定矩阵来构造泛函的。最后,考虑建模误差而得到了改进的模糊随机双曲正切模型,它与原系统是等价的,基子改进的模型研究了不确定随机系统的鲁棒H∞控制问题。  
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