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具有执行器饱和的时滞系统的分析与综合

作　者: 顾玥
导　师: 王茂
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 时滞系统 执行器饱和 吸引域 改进自由权矩阵 时滞分割
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


众所周知,时滞现象存在于很多实际系统中,如传输系统、通讯系统、电力系统等。时滞现象常常使系统的动态特性变差,甚至会导致系统振荡、发散、不稳定。执行器饱和现象同样是控制系统中普遍存在的问题。饱和系统的稳定性问题近年来广受关注,如何扩大吸引域的估计一直是学者们研究的重点。在很多实际控制系统中,时滞现象与执行器饱和现象会同时出现,这使得控制系统更加复杂,控制难度更大。尽管已有一些文献对两种现象同时存在的系统进行了研究,然而目前的研究成果仍然存在较大的保守性。本文在已有成果的基础上,深入分析和研究了具有执行器饱和现象的时滞系统的稳定性、状态反馈控制器设计、H_∞状态反馈控制器设计等问题。第一,总结了具有执行器饱和现象的时滞系统稳定分析领域的主要成果,并指出了现有研究成果的不足之处,即大多数研究成果只能应用于常时滞系统;尽管部分研究成果能处理一段区间内的变时滞问题,但结果仍具有较大的保守性。在此基础上,本文研究了具有执行器饱和现象的连续时滞系统的稳定和镇定问题,得到了包括稳定性条件、状态反馈控制器的设计方法和吸引域的估计条件等一系列结果。稳定性准则以线性矩阵不等式的形式给出,并可以通过MATLAB工具箱求解。本文利用自由权矩阵的方法与时滞分割的思想处理系统中的时滞项,并利用附加反馈矩阵的方法处理系统中的饱和项。所提出的稳定性准则不但可以应用于具有执行器饱和现象的常时滞连续系统中,还能应用在具有执行器饱和的变时滞连续系统中。数值算例表明,本文所提出的稳定性准则与其他文献中所采用方法相比具有更小的保守性。第二,研究了具有执行器饱和现象的离散时滞系统的稳定性条件、状态反馈控制器的设计方法及其吸引域的估计条件等问题。将改进自由权矩阵方法与凸包组合方法相结合,并运用“时滞区间依赖”的思想得到保守性更小的稳定性结果。此稳定性准则可以处理系统中的常时滞与变时滞。数值仿真验证了所提方法的可行性。第三,研究了具有执行器饱和现象的连续时滞系统的H_∞控制问题。先给出闭环系统在存在干扰的情况下,其状态轨迹位于椭圆体内的条件;进而提出了H_∞状态反馈控制器的设计方法。数值算例验证了理论结果的有效性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 时滞系统的研究方法及现状  9-11
  1.3 饱和系统的研究方法及现状  11-13
  1.4 本文的主要研究内容  13-15
第2章 具有执行器饱和的连续时滞系统的分析及镇定  15-39
  2.1 引言  15
  2.2 具有执行器饱和的常时滞连续系统的分析及镇定  15-23
    2.2.1 问题描述  15-17
    2.2.2 具有执行器饱和的常时滞连续系统的稳定性分析  17-20
    2.2.3 具有执行器饱和的常时滞连续系统的控制器设计  20-21
    2.2.4 数值仿真  21-23
  2.3 具有执行器饱和的变时滞连续系统的分析及镇定  23-37
    2.3.1 问题描述  23
    2.3.2 具有执行器饱和的变时滞连续系统的稳定性分析  23-32
    2.3.3 具有执行器饱和的变时滞连续系统的控制器设计  32-35
    2.3.4 数值仿真  35-37
  2.4 本章小结  37-39
第3章 具有执行器饱和的离散时滞系统的分析及镇定  39-52
  3.1 引言  39
  3.2 具有执行器饱和的常时滞离散系统的分析及镇定  39-44
    3.2.1 问题描述  39
    3.2.2 具有执行器饱和的常时滞离散系统的稳定性分析  39-43
    3.2.3 具有执行器饱和的常时滞离散系统的控制器设计  43-44
    3.2.4 数值仿真  44
  3.3 具有执行器饱和的变时滞离散系统的分析及镇定  44-51
    3.3.1 问题描述  44-45
    3.3.2 具有执行器饱和的变时滞离散系统的稳定性分析  45-49
    3.3.3 具有执行器饱和的变时滞离散系统的控制器设计  49-50
    3.3.4 数值仿真  50-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章 具有执行器饱和的连续时滞系统的H∞控制  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 具有执行器饱和的常时滞系统的H∞控制  52-58
    4.2.1 问题描述  52-53
    4.2.2 具有执行器饱和的常时滞系统的H∞控制器设计  53-57
    4.2.3 数值仿真  57-58
  4.3 具有执行器饱和的变时滞系统的H∞控制  58-63
    4.3.1 问题描述  58
    4.3.2 具有执行器饱和的变时滞系统的H∞控制器设计  58-63
    4.3.3 数值仿真  63
  4.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  69-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 自动控制理论
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