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一类非线性切换系统的分析与控制

作　者: 向伟铭
导　师: 向峥嵘
学　校: 南京理工大学
专　业: 系统工程
关键词: 非线性切换系统稳定性镇定扰动驻留时间控制Lyapunov函数法反步法输出扰动解耦观测器
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 252次
引　用: 1次
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内容摘要

切换系统是一类重要的混杂系统，是指由一组连续或离散动态子系统组成，并按某种切换规则在各子系统间切换的动力系统。切换控制在很多实际系统中得到了应用，包括：汽车引擎转矩控制系统、机器人控制系统，网络控制系统等。切换系统的研究具有很重要的应用价值和理论意义。本文研究了非线性切换系统稳定性分析，控制器设计与观测器设计的若干问题，主要内容如下：(1)利用平均驻留时间法给出含扰动非线性切换系统稳定或有界的充分条件，当系统含有不稳定子系统时，证明了当切换规则满足一定条件时，仍能保证系统稳定或有界。(2)提出了动态驻留时间方法。该方法能够在线计算出每个切换时刻的驻留时间，给出了在线计算每个切换时刻驻留时间的关系式，降低了以往驻留时间方法的保守性，并将结论推广到了含不稳定子系统的切换系统中。(3)使用控制Lyapunov函数法设计了一类平均驻留时间已知的非线性切换系统的镇定控制器。若系统含有扰动，使用控制Lyapunov函数法设计的控制器能保证系统对扰动输入-状态稳定。(4)运用动态驻留时间法与控制Lyapunov函数法设计了切换序列已知的非线性切换系统的镇定控制器，并将该方法推广到了含不可镇定子系统的切换系统中。(5)运用反步法与多Lyapunov函数法设计了子系统是纯反馈非线性系统的切换系统的反馈控制器与切换规则，并推广到系统含不确定项的情形中。(6)给出了具有一致标准形的单输入单输出非线性切换系统输出与扰动解耦的充要条件，进一步给出了干扰可测并能用于控制器设计的情况下此类非线性切换系统输出与扰动解耦的充要条件。(7)通过解一组LMI与在切换时刻重置观测器状态的方法，设计了一类非线性切换系统的状态观测器。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
1 绪论  8-18
  1.1 研究的背景和意义  8-9
  1.2 切换系统目前国内外研究现状  9-16
    1.2.1 切换系统的模型  9-10
    1.2.2 切换系统的稳定性分析  10-13
    1.2.3 切换系统的镇定  13-14
    1.2.4 切换系统的优化  14-15
    1.2.5 其他相关研究  15-16
  1.3 本文主要研究内容与结构安排  16-18
2 切换系统的稳定性分析  18-42
  2.1 切换系统稳定性判定方法  18-21
    2.1.1 基于Lyapunov函数方法  18-20
    2.1.2 基于驻留时间方法  20-21
  2.2 含扰动非线性切换系统的稳定性分析  21-32
    2.2.1 问题描述  21-22
    2.2.2 零扰动情形  22-25
    2.2.3 非零扰动情形  25-31
    2.2.4 数值例子  31-32
  2.3 基于动态驻留时间的非线性切换系统的稳定性分析  32-41
    2.3.1 问题描述  33
    2.3.2 由稳定子系统组成情形  33-38
    2.3.3 含稳定与不稳定子系统的情形  38-41
  2.4 本章小结  41-42
3 非线性切换系统的控制器设计  42-66
  3.1 基于平均驻留时间法的非线性切换系统镇定  42-47
    3.1.1 问题描述与预备知识  42-43
    3.1.2 标称系统的镇定  43-44
    3.1.3 含扰动切换系统的输入-状态镇定  44-45
    3.1.4 数值例子  45-47
  3.2 基于动态驻留时间法的非线性切换系统的镇定  47-52
    3.2.1 问题描述  48
    3.2.2 由可镇定子系统组成情形  48-49
    3.2.3 含可镇定与不可镇定子系统情形  49-51
    3.2.4 数值例子  51-52
  3.3 基于反步法的一类非线性切换系统控制器的设计  52-60
    3.3.1 问题描述及预备知识  53-54
    3.3.2 非线性切换系统控制器的设计  54-57
    3.3.3 含不确定项的非线性切换系统控制器设计  57-59
    3.3.4 数值例子  59-60
  3.4 一类非线性切换系统输出与扰动的解耦  60-65
    3.4.1 问题描述与预备知识  61
    3.4.2 主要结果  61-64
    3.4.3 数值例子  64-65
  3.5 本章小结  65-66
4 非线性切换系统的观测器设计  66-74
  4.1 问题描述与预备知识  66-67
  4.2 主要结果  67-71
    4.2.1 非线性子系统的观测器设计  67-68
    4.2.2 非线性切换系统的观测器设计  68-71
  4.3 数值例子  71-72
  4.4 本章小结  72-74
5 总结与展望  74-76
  5.1 研究工作总结  74-75
  5.2 研究展望  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-86
附录:作者攻读硕士期间完成的论文  86

一类非线性切换系统的分析与控制

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