非线性系统有限时间稳定性分析与控制设计

摘要：研究了非线性系统有限时间稳定性分析与控制设计问题.基于K∞类函数, 给出了更加一般性的各类有限时间稳定的定义, 并基于Laypunov函数, 得到了判定非线性系统有限时间稳定性的充分条件.本文还运用Sontag公式, 分别给出了非线性系统有限时间稳定、准收敛稳定和扰动抑制控制器的设计方法.     

一类非线性系统有限时间函数观测器设计方法

研究了一类非线性系统的有限时间函数观测器设计问题,发展了现有文献中的相关结果：（1）得到了非线性系统的渐近收敛函数观测器设计方法;（2）在所设计的非线性系统渐近收敛函数观测器的基础上,并结合有限时间观测器理论,给出了将要研究的非线性系统的有限时间函数观测器的设计新方法.所设计的有限时间函数观测器在任意给定的时间段内实现了对将要研究的非线性系统状态函数的精确重构.仿真例子验证了理论结果的正确性.     

一类非线性系统有限时间函数观测器设计方法

研究了一类非线性系统的有限时间函数观测器设计问题,发展了现有文献中的相关结果:(1) 得到了非线性系统的渐近收敛函数观测器设计方法;(2) 在所设计的非线性系统渐近收敛函数观测器的基础上,并结合有限时间观测器理论,给出了将要研究的非线性系统的有限时间函数观测器的设计新方法.所设计的有限时间函数观测器在任意给定的时间段内实现了对将要研究的非线性系统状态函数的精确重构.仿真例子验证了理论结果的正确性.     

一类广义Hamilton系统的有限时间稳定性及其在仿射非线性系统控制设计中的应用

研究了一类广义Hamilton系统的有限时间稳定性及其在仿射非线性系统控制设计中的应用,并给出几个新结果。利用Hamilton系统的结构特性和已有的关于局部有限时间稳定的结果,给出该类Hamilton系统有限时间稳定的几个判定准则。把得到的新结果应用于仿射非线性系统的有限时间控制设计中。通过选取恰当的Hamilton函数,并利用正交分解Hamilton实现及阻尼注入技术,为一类仿射非线性系统设计了一类有限时间控制器。给出两个例子以验证本文结论的有效性。     

基于T-S模型的复杂非线性大系统有限时间分散控制

利用模糊控制方法研究了复杂非线性大系统的有限时间分散控制问题.基于T-S模型给出了复杂非线性大系统的数学描述,设计了有限时间分散模糊控制器.给出了保证闭环系统有限时间稳定(FTS)的充分条件,该条件可以表示为线性矩阵不等式(LMI)形式,数值例子表明了所提出方案的有效性.     

高阶非线性系统自适应模糊有限时间状态约束控制

针对一类具有状态约束的非严格反馈高阶非线性系统,研究一种自适应模糊有限时间跟踪控制问题.首先,利用模糊逻辑系统逼近不确定性非线性函数,在此基础上,采用障碍Lyapunov函数,解决状态约束问题,通过障碍加幂积分方法和反步递推技术,提出了一种有限时间控制设计方法.在有限时间Lyapunov稳定意义下,严格证明闭环系统半全局实际有限时间稳定且系统的状态不超出给定的约束边界,并实现了有限时间跟踪控制目标.最后,仿真研究进一步验证了所提出控制方法的有效性.     

一种有攻击角约束的三维有限时间导引律

为解决目标加速度信息未知且存在攻击角约束的三维末端制导问题,提出一种基于非线性观测器的有限时间导引律,使得弹目视线角可在有限时间内收敛至期望攻击角.首先,提出一类非线性观测器,利用导引系统中易测量的位置和速度等信息来估计目标加速度,理论分析给出了观测器稳定的充分条件;然后,利用目标加速度估计值,基于有限时间稳定理论和滑模变结构控制理论设计一种有限时间导引控制律,使三维末端导引系统的弹目视线角可以在有限时间内收敛到期望攻击角.通过分析观测误差对导引系统有限时间特性的影响,表明该方法满足工程实践需求;最后,分别对加速度为匀变速和变加速的两类变速目标进行了数值仿真,并与传统比例导引法进行了对比,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性.研究表明,利用非线性观测器可以稳定地估计目标加速度信息,进而利用该观测器给出的目标加速度信息设计滑模变结构有限时间三维导引律,利用该方法可以有效地解决三维末端制导过程中存在目标加速度信息未知且存在攻击角约束的难题.     

随机分布参数切换系统的输入输出有限时间稳定与镇定

本文研究了一类随机分布参数切换系统的输入输出有限时间稳定问题.首先,给出了系统在均方意义下输入输出有限时间稳定的概念.其次,通过利用分片Lyapunov-Krasovskii函数、平均驻留时间及线性矩阵不等式等工具,建立了随机分布参数切换系统输入输出有限时间稳定的充分条件;设计一个状态反馈控制器确保相应的闭环系统输入输出有限时间稳定,并以严格的数学推导加以证明.最后,通过两个仿真例子验证了所得结果的有效性.     

一类非线性齐次切换系统的有限时间稳定性

研究了一类非线性齐次切换系统的有限时间稳定问题。假设每个子系统均存在齐次Lyapunov函数,对于切换律未知、切换律已知但是切换顺序未知、切换律和切换顺序均已知等3种情况,分别构造了子系统族的公共的齐次Lyapunov函数,并分别给出了其有限时间稳定的条件。     

时滞非线性T-S模糊马尔科夫跳变系统的滑模控制

针对时滞非线性T-S模糊马尔科夫跳变系统的滑模控制问题,设计了一个新的积分型滑模面函数,得到带有状态时滞和非线性项的等效控制律,消除了系统中的非线性项,并得到滑动模态渐近稳定的充分条件.利用李雅普诺夫理论设计T-S滑模控制律,使系统的状态轨迹在有限的时间内到达指定的滑动面.通过单连杆机械臂模型仿真实例验证了本文方法的有效性,所设计的滑模控制律可以使系统达到稳定状态.