任意阶线性系统的时滞控制器设计

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近些年来对时滞的研究表明,时滞可能有益或有害于控制系统的动态性能以及稳定性。无时滞且稳定的控制系统在引入时滞后却变得不稳定,相反地,明智地引入时滞却可以镇定一个原本不稳定的控制系统。基于时滞在控制系统中的潜在镇定作用和实际工程系统、生物系统等有不同类型的时滞可以利用,以时滞作为控制参数,将具有“慢计算”特性的不同时滞模块进行有效组合构建结构简单、计算复杂度低的控制器具有理论上的现实可行性。时滞控制器的设计问题却仍未得到很好地解决,因此,本文主要研究任意阶线性系统的时滞控制器设计方法,并给出求解时滞控制器的稳定域算法。只要在所获得的稳定域内选择控制参数,均能保证系统的稳定性。针对连续系统,本文结合Hurwitz稳定条件、Hermite-Biehler理论推广定理,将系统的闭环特征多项式看作向量叠加并构建成三角形,接着,基于三角形的有关性质,确定出单时滞控制器和二时滞控制器的参数稳定域。最后,基于时滞控制器的参数稳定域,给出三时滞H?控制器的参数化设计方法,将满足H?性能指标的三时滞控制器设计问题转化为相应复特征多项式的镇定问题,结合D-分割法计算出使系统闭环特征多项式以及相应复特征多项式稳定的控制参数区域,进而给出保证系统稳定且满足H?性能指标的控制参数集。针对离散系统,本文基于闭环极点都位于单位圆内的稳定判据,计算出二时滞控制器的稳定域边界线,进而给出二维平面内二时滞控制器的参数稳定域。此外,给出了三时滞控制器镇定被控制系统的充要条件,并结合该充要条件确定出控制参数的三维稳定域。最后,结合基因调控系统中的实例,通过在基因前插入无效的基因序列,使基因序转录为mRNA、mRNA翻译成合成蛋白质的过程中产生时滞,进而实现时滞控制器在基因调控系统中的构建,验证时滞器在实际系统中的可行性及其实用性。
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