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在工程中,温度稳定性是常见的问题,温度问题常用偏微分方程中的反应扩散方程来描述,因此,研究反应扩散方程的稳定性问题具有很大的实用价值。本文利用边界控制的Backstepping方法研究了两类具体反应扩散方程的稳定性问题:一类为在热传导过程中温度取决于整个空间的反应扩散方程;另一类为在热传导过程中温度取决于空间中某一点的反应扩散方程。文中设计出反馈控制器,并证明了闭环系统是指数稳定的。
在具体研究中,针对具体的反应扩散系统,利用Backstepping方法设计控制器。首先引入可逆变换,将原系统转化为指数稳定的目标系统,然后找到引入变换的逆变换,再利用引入变换和逆变换的有界性证明得到闭环系统是指数稳定的,最后通过仿真模拟说明了反馈控制器的有效性。
与已有结果相比,本文的主要工作在于在运用Backstepping方法设计控制器时,引入了一个改进的变换。通常用Backstepping方法引入的可逆变换中只含有一个Volterra积分项,其中只有一个核函数需要确定。在本文研究的问题中原有类似的可逆变换失效,因而文中改进了原有的变换,改进的新变换增加了一个Fredholm积分项。在这个改进的变换中,有两个核函数需要计算,这就大大增加了计算核函数的难度。本文运用了一系列的数学技巧,经过复杂的积分计算得到了核函数的精确解,同时也推导出逆变换的具体形式,证明了引入变换的可逆性。