分布时滞系统的鲁棒控制与滤波研究.doc

分布时滞系统的鲁棒控制与滤波研究国内外学者对网络控制系统的研究日渐增多,所取得的一系列成果为网络控制体系的发展奠定了理论基础。由于通信网络的引入,将会导致信道中产生时延和丢包,这种现象在连续系统中等效为诱导时滞。在各类时滞系统中,当系统方程中的求和数目增加并且相邻参数值之间的差异减小时,分布时滞系统则会出现。比如,针对一种带压力进料的液体推进火箭发动机,在对上述对象的加料系统和燃烧室进行建模的过程中需要考虑分布时滞系统。客观上来讲,分布时滞能够更精确地描述系统的特性,揭示事物变化的本质。因此研究带有分布时滞的网络控制系统具有重要的实际意义。此外,考虑由于数学建模误差、条件变化及外界干扰等引起的不确定性对系统的影响也是必不可少的。本文的关键内容是研究分布时滞系统的鲁棒控制和滤波问题,并通过实例仿真证明文中所提出的设计方法是切实可行且有效的。首先,研究针对分布时滞系统不同性能指标下的控制器设计问题。一方面,考虑带有执行器故障的分布时滞系统,研究一类鲁棒容错H∞控制器的设计问题。首先把通信网络中的时延和丢包处理为等效时滞,再引入执行器的故障矩阵,建立相应的闭环控制系统。然后,结合李雅普诺夫稳定性理论,推出保证闭环网络控制系统渐近稳定且具有给定噪声抑制水平的性能判据;根据线性矩阵不等式技术,得到控制器参数的求解方法。最终,仿真验证所设计控制器的有效性。另一方面,本文还基于分布时滞系统提出有效的L2-L∞控制器设计方法。其次,考虑带有范数有界不确定性的分布时滞系统,在选取不同性能指标的基础上,充分研究不确定分布时滞系统的鲁棒控制和滤波方法设计问题。针对带有不确定项的分布时滞系统,根据不同的需求设计控制器和滤波器,并利用增广状态法建立相应的闭环系统。进一步推导出满足给定性能指标的充分条件以及可以求取控制器和滤波器参数矩阵的线性矩阵不等式,仿真结果可以证明所提设计方法是有效的。最后,考虑由T-S模糊模型描述系统自身的非线性,本文具体研究非线性分布时滞系统的L2-L∞滤波方法设计问题。利用分布补偿原理对被控对象和模糊滤波器去模糊化,并建立相应的闭环滤波误差系统;构造适当的李雅普诺夫函数并应用相关引理,进而推导出满足给定L2-L∞指标的性能准则;利用线性矩阵不等式技术、全等变换和变量替换得到求取模糊滤波器参数的矩阵不等式,并把滤波器系数求解问题转化成一个凸优化问题。最后,数值仿真的结果证明所提滤波方法是可行且有效的。