时滞马尔科夫跳变系统的分析与综合研究综述

马尔科夫跳变系统研究是控制与系统领域的重点和热点方向.过去20年来,时滞马尔科夫跳变系统的分析与综合问题得到了广泛研究,提出了许多重要的方法,得到了很多有价值的结论.简要介绍稳定性分析的Lyapunov-Krasovskii泛函方法的一般思想,然后针对不同的时滞马尔科夫跳变系统,概述稳定性分析、反馈镇定以及基于干扰抑制性能指标的控制和滤波的研究现状,最后给出未来可能的研究方向.     

长时延和丢包的网络控制系统保性能控制

为了研究具有长时延和丢包的网络控制系统保性能控制问题,假设传感器由时钟驱动,控制器和执行器由事件驱动,网络时延在两个采样周期之间,丢包具有马尔科夫跳变特性,利用状态增广的方法,把具有长时延和丢包的网络控制系统建模为具有两种运行模式的离散时间马尔可夫跳变系统,把网络时延转化为系统参数矩阵的不确定性.在此基础上,利用马尔可夫线性跳变系统理论和线性矩阵不等式方法,推导出使网络控制系统随机稳定的保性能控制律存在的充分条件,并给出了设计方法.数例仿真说明了所用方法的有效性.     

离散跳变无限不定随机线性二次控制

主要论述了伴有状态和控制独立噪音的无限离散时间系统的带马尔科夫跳的随机线性二次控制问题.该问题给出了一个包含等式和不等式约束的广义代数黎卡提方程(GARE).跳变不定线性二次控制(LQC)问题的适定性被证明与一个线性矩阵不等式(LMI)的可行性是等价的;并且GARE一个镇定解的存在性等价于跳变线性二次控制问题的可达性.最后给出了一个基于LMI的方法通过半定规划来解决GARE.     

长时延和丢包的网络控制系统保性能控制

为了研究具有长时延和丢包的网络控制系统保性能控制问题,假设传感器由时钟驱动,控制器和执行器由事件驱动,网络时延在两个采样周期之间,丢包具有马尔科夫跳变特性,利用状态增广的方法,把具有长时延和丢包的网络控制系统建模为具有两种运行模式的离散时间马尔可夫跳变系统,把网络时延转化为系统参数矩阵的不确定性.在此基础上,利用马尔可夫线性跳变系统理论和线性矩阵不等式方法,推导出使网络控制系统随机稳定的保性能控制律存在的充分条件,并给出了设计方法.数例仿真说明了所用方法的有效性.     

离散奇异马尔科夫跳变系统的广义二次随机稳定性和可镇定问题研究

研究了离散奇异马尔科夫跳变系统的鲁棒随机稳定性和鲁棒随机可镇定问题.首先给出了以严格线性矩阵不等式表达的离散奇异马尔科夫跳变系统随机容许性充要条件,在此基础上引入广义二次随机稳定性和广义二次随机可镇定的概念,然后分别导出了以严格线性矩阵不等式表达的不确定离散奇异系统广义二次随机稳定性和广义二次随机可镇定充要条件,同时给...     

中立随机马尔科夫跳变系统延迟反馈控制器设计

本文研究了具有时变时滞的中立随机马尔科夫跳变系统的延迟状态反馈控制问题.主要目标是在漂移项和扩散项部分都设计模态相依的延迟状态反馈控制器使得闭环中立随机马尔科夫跳变系统满足随机稳定.通过构造模态相依的Lyapunov-Krasovskii候选泛函,借助线性矩阵不等式技术,得到了闭环中立随机马尔科夫跳变系统随机稳定的充分条件.仿真例子说明了所采用的方法的有效性和实用性.     

变采样周期网络控制系统的模型预测控制

对一类具有随机时延和输入约束的网络控制系统,利用变采样周期的方法,将连续的被控对象离散化,从而将网络控制系统建模为部分转移概率未知的Markov跳变系统.基于预测控制的滚动优化原理,提出一种模型预测控制策略,通过线性矩阵不等式的方法,给出保证整个闭环系统随机渐近稳定充分条件.仿真算例说明所提方法的有效性.     

轧机液压伺服系统多模型切换自适应反步控制

针对轧机液压伺服系统工作过程中弹性负载力和外负载力的跳变,基于公共Lyapunov函数方法和自适应反步控制方法,提出了一种多模型切换自适应反步控制策略.该方法结合自适应反步控制的特点和公共Lyapunov函数的设计要求,通过反步法设计了各子系统的状态反馈控制器和不确定上界参数的自适应估计器,取反步法的Lyapunov函数作为公共Lyapunov函数,保证了系统在任意切换下的渐近稳定.自适应反步法和公共Lyapunov函数方法的结合,便于公共Lyapunov函数的求取,又解决了同时存在参数跳变和参数慢时变的问题.仿真结果表明,该方法能够保证轧机液压伺服系统具有良好的动静态性能,并对参数跳变和参数慢时变具有较强鲁棒性.     

一类不确定非线性系统的串级主动补偿控制

针对一类具有下三角结构的单输入单输出不确定非线性系统,研究其稳定控制问题.提出一种结构简单、收敛速度可控以及抗扰性能良好的基于Backstepping方法的串级主动补偿控制策略,实现了闭环系统的渐近稳定控制.为解决闭环系统中不确定非线性未知问题,设计一种新的观测器,使得这种观测器能够实时跟踪闭环系统的不确定非线性.通过引入奇异扰动性理论,给出了闭环系统稳定性分析.仿真实验结果验证了该控制方法的有效性.     

基于模糊干扰观测器的移动机器人自适应滑模跟踪控制

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot, WMR)轨迹跟踪中存在的速度跳变和未知系统扰动,提出一种新型轨迹跟踪控制策略。该策略基于反演技术,分别设计WMR系统的运动学控制器和动力学控制器。在运动学控制器中,采用分流技术克服了轨迹跟踪初期的速度跳变问题;在动力学控制器中,将模糊干扰观测器与自适应滑模控制结合,有效解决了未知系统扰动对控制性能的影响,并且消除了传统滑模控制的抖振现象。通过Lyapunov稳定性理论,证明了该控制策略的稳定性。仿真研究表明,该控制策略具有较小的速度跳变,控制信号抖振较小,并对系统扰动具有强鲁棒性。     

基于变论域模糊滑模观测器的微网逆变器系统容错控制

针对微网逆变器系统量测回路中,电流互感器故障及虚假数据注入攻击问题,提出基于滑模观测器融合变论域模糊控制的异常量测信号估计与电流补偿容错策略。基于电流量测量设计并网模式微网输出反馈线性二次型最优控制器,构建电流互感器故障及虚假数据注入攻击模型,根据Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式方法设计滑模观测器,构造融合异常量测信号估计值的电流补偿容错控制策略;最后提出基于模糊推理的变论域模糊控制方法实现滑模增益的动态调整,提高观测器估计性能。仿真及实验表明,电流互感器故障及虚假数据注入攻击将使微网逆变器系统的稳定控制器失效,所提出的容错控制策略对多场景下异常电流量测信号的估计精度更高,可确保微网安全稳定运行。     

一类欠驱动机械系统基于滑模的变结构控制

针对体操机器人这种欠驱动机械系统设计了滑模变结构控制律,变结构控制中采用了一种改进的指数趋近律·仿真结果表明对线性化模型所设计的变结构控制器应用在非线性系统中,仍能使机器人系统实现稳定·与极点配置方法相比较,采用滑模变结构控制方法设计的平衡控制器可使机器人系统具有更大的稳定范围(吸引域)和更强的鲁棒性·改进的指数趋近律可有效地降低变结构控制中所产生的抖动,并使系统迅速达到平衡稳定状态·     

参数不确定马尔可夫跳变系统的镇定控制算法研究

研究了具有参数不确定的线性马尔可夫跳变系统的鲁棒适应控制问题。对于切换律是可观测的情形,利用线性矩阵不等式和共同2次Lyapunov函数的方法,给出具有参数不确定的切换系统2次镇定的充分条件。基于此结果,对于切换律符合不可观测的马尔可夫随机过程的情形,通过设计一个恰当的采样适应控制器得到系统随机可镇定的充分条件。最后,通过一个例子给出适应镇定控制器的算法。     

基于非线性动力学特性的控制设计策略

通过对动力学中的非线性现象及其控制方法的探讨,研究了动力学中的非线性分岔特性,以经典的倒立振子/台车系统为例,考虑系统非线性特性,当控制变量的偏差大于某一值时,线性反馈控制难以使系统回复到原平衡位置.针对变结构控制的特点,基于动力系统中的非线性分岔特性和中心流形理论,提出了一种基于非线性的全局稳定的变结构控制策略,并可构造出相应的变结构控制器.以极限环及不稳定焦点为例进行了数值仿真,结果表明该控制设计策略具有良好的全局稳定性.     

SVC智能变结构控制器的设计

以非线性变结构控制理论为依据，并模仿人的智能，提出了静止无功补偿智能变结构控制器的设计方法．控制规律与网络结构及系统的工作点无关，具有很强的鲁棒性．计算机仿真结果表明，与常规电压型静止无功补偿控制器相比，所设计的控制器能有效地改善电力系统的稳定性．     

一类具有Markov跳跃参数的不确定混合系统滑模控制

针对一类具有Markov跳跃参数的不确定混合系统,基于滑模控制理论,设计了滑模控制器.通过线性矩阵不等式方法,分别给出了匹配不确定和非匹配不确定条件下系统在滑模面上均方意义下指数稳定的充分条件.同时针对这两种不确定性,设计了相应的滑模控制策略,并证明了该控制策略能够确保系统的运动轨迹在有限时间内到达滑模面并一直保持在滑模面上.仿真结果表明,所设计的控制器对不确定混合线性Markov跳跃系统具有很强的稳定性和鲁棒性.     

转移概率部分已知的Markov跳变系统鲁棒H_2控制

研究一类具有多胞型不确定性的Markov跳变连续时间系统的鲁棒H2控制问题.这类系统跳跃过程中的转移概率包括完全已知、未知但已知转移概率的上下界和完全未知三种情况.首先针对此类Markov跳变系统,基于参数依赖型Lyapunov函数给出新的鲁棒稳定性判据,然后在线性矩阵不等式的框架下得到相应的鲁棒H2控制器设计方法.数值仿真算例验证了本方法的有效性.     

一类非匹配不确定系统的滑模控制

研究了一类非匹配不确定系统的滑模控制问题,通过引入适当的状态变换,将系统分解成两个子系统,提出了一种基于二次稳定性的鲁棒滑模面的设计方法;根据滑模控制的到达条件,设计了整个系统的滑模控制器,使得从任意状态出发的不确定系统能在有限的时间内到达滑动面,确保了系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明了该控制策略的有效性。     

基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪

针对永磁同步风力发电系统,从空气动力学的基础理论入手,分析了机组运行时的最大风能追踪原理.根据已知的风力机特性和滑模变结构系统理论,推导出在切换面上的等效控制和切换面上滑模运动的状态方程.为了削弱抖振,采用基于最大风能追踪控制的模糊滑模控制方法,根据系统状态在线调整切换控制增益系数.通过Lyapunov稳定性定理得到系统渐进稳定的充分条件.构建系统模型并进行仿真比较,仿真运行结果证实了该控制策略的正确性和有效性.     

基于多目标优化的模糊滑模变结构控制及应用

摘要：结合滑模变结构控制和模糊逻辑技术，提出一种基于多目标优化的模糊滑模变结构控制。以滑模开关函数及其变化量作为模糊调节器的输入量，滑模面边界层的宽度作为输出量，设计一个二堆模糊边界层宽度调节器}以稳态误差和切换频率构造多目标优化函数，运用多目标优化算法对滑模变结构控制器参数进行优化。应用于液压位置系统控制的仿真结果表明，所提出的控制方法能缓解滑模变结构控制高稳态精度与平滑抖振之间的矛盾，提高液压位置滑模变结构控制系统的综合性能。