含仿射不确定参数的多项式非线性系统控制器设计

针对含仿射时变不确定参数的多项式非线性系统，提出了基于多项式分解的控制方法. 多项式分解方法主要思想是将多项式系统转化成带自由变量的系数矩阵，从而偶次多项式的非负性验证问题可转化成线性矩阵不等式或双线性矩阵不等式求解问题. 文中多项式系统控制器综合基于 Lyapunov 稳定定理. 构造 Lyapunov 函数以及寻找反馈控制器可由所给的算法通过计算机程序自动完成. 对于多维系统相对高阶的控制器，由多项式全基构造的控制器将有很多项单项式. 为克服这一问题，文中算法给出含最少单项式的简约型控制器设计方法，并提出针对最小代价性能目标优化的增益受约次优控制. 数值仿真例子表明，文中所给的控制方法取得良好性能.     

基于分段连续Lyapunov函数的采样系统鲁棒保性能控制

针对不确定采样控制系统的鲁棒保性能控制问题,首先将采样系统描述为跳变线性系统,基于矩阵凸组合思想构造了分段连续Lyapunov函数,进而在线性矩阵不等式框架内给出了不确定采样系统鲁棒稳定的条件.针对范数有界参数不确定采样系统,提出了鲁棒保性能控制器设计的在线算法,在每个采样周期内通过求解一组线性矩阵不等式的可行解来构造出状态反馈增益矩阵.最后的仿真算例验证了所提设计方法的有效性.     

二维多项式非线性系统的镇定控制研究

针对二维多项式非线性系统,提出了基于特征根负定配置的镇定控制方法.引入自由多项式,克服系统状态矩阵描述的不惟一性,进而降低控制综合问题求解的保守性.将特征根负定配置问题转化成多项式正定性验证问题,控制器设计问题通过多项式分解最终可由半定规划工具数值求解.在所提出的处理方法的基础上,讨论了4类二维多项式非线性系统的镇定控制问题.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

一类多项式非线性系统鲁棒H∞控制

针对一类具有多项式向量场的仿射型不确定非线性系统,给出一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)技术的鲁棒H∞状态反馈控制器设计方法.该方法的优点在于控制器的设计避开了直接求解复杂的哈密尔顿-雅可比不等式(Hamilton Jacobi inequality,HJI)和构造Lyapunov函数带来的困难.将鲁棒稳定性分析和控制器设计问题转化为求解以Lyapunov函数为参数的矩阵不等式,该类不等式可利用SOS技术直接求解.此外,在前文基础上研究了基于SOS规划理论与S-procedure技术的局部稳定鲁棒H∞控制器设计方法.最后以非线性质量弹簧阻尼系统作为仿真算例验证该方法的有效性.     

不确定系统的网络化保性能控制

本文针对控制网络中存在着随机传输时延和数据包丢失的现象,考虑了网络化控制系统的状态反馈保性能控制器设计问题.首先采用时滞相关方法并引入自由权矩阵,给出了基于矩阵不等式的网络化二次型保性能控制器存在的充分条件,然后基于该充分条件获得了基于线性矩阵不等式的控制器设计方法,相应的网络化保性能控制律可以通过求解线性矩阵不等式来构造,并采用锥互补线性化算法给出了网络化次优保性能控制器的设计方法.最后数值示例演示了所得控制器设计结果的应用方法和有效性,并通过仿真比较了传统保性能控制器和网络化保性能控制器在网络化控制系统中的控制性能.     

一类非线性时滞系统的保性能控制器设计

针对一类具有非线性控制输入的参数不确定时滞系统和给定的保性能指标,研究了此类系统的保性能控制问题.利用Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式工具,得到了非线性不确定时滞系统的保性能控制存在的充分条件.与现有结果相比,考虑的保性能控制器是非线性的,并且保性能控制器可由线性矩阵不等式的解给出.得到的保性能控制器不仅保证...     

不确定离散时滞系统状态预估H∞控制

针对一类线性不确定离散时滞系统,研究了系统的鲁棒稳定性和鲁棒H∞观测控制器的设计问题.在系统状态不能直接测量的情况下,基于线性矩阵不等式方法,通过构造合适的Lyapunov函数,给出了系统新近稳定的充分条件和状态反馈控制器的设计方案,并通过求解相应的线性矩阵不等式得到满足设计要求的控制器.仿真结果表明,所设计的控制器对...     

非线性变参数系统的混合 H2/H∞控制

本文研究了一类非线性变参数系统的混合 H2/H∞ 保性能控制问题. 基于Lyapunov稳定性理论, 建立了状态反馈混合 H2/H∞ 保性能控制的可解性条件. 该条件是依赖于状态和参数的线性矩阵不等式, 显式地体现了系统的时变和非线性特性, 通过多项式平方和方法, 可以转化为优化问题. 特别地, 本文构造一种新颖的控制器和Lyapounov范数. 在此基础上, 研究了基于多项式平方技术的不确定非线性变参数系统混合 H2/H∞ 保性能控制问题. 最后, 通过倾转旋翼飞行器实例和数值仿真均验证本文方法的可行性和有效性.     

不确定离散切换系统具有极点约束的保性能控制

对一类含有范数有界不确定性的离散切换系统和一个二次型性能指标，研究其具有闭环极点约束的鲁棒状态反馈保性能控制问题．利用二次Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式技术，给出了鲁棒保性能控制器存在的一个充分条件，在所构造切换规则下，闭环系统二次D稳定，且满足给定的性能指标．在此基础上，将次优保性能控制器设计问题转化为一组线性矩阵不等式约束下的凸优化问题．数值例子说明了所提方法的有效性．     

基于观测器的广义时滞系统弹性保成本控制

在同时考虑系统矩阵参数不确定性和控制器不确定性对系统性能影响的前提下,研究了一类基于观测器的不确定广义时滞系统的弹性保成本控制问题.基于Lvapunov稳定性理论,通过构造广义Lyapunov函数和广义二次性能指标函数,以线性矩阵不等式的形式给出了基于观测器状态反馈的弹性保成本控制器的设计方法.该控制器不仅保证了广义时滞系统是鲁棒稳定而且使其具有相应的性能指标上界.采用一种新方法将系统弹性保成本控制器设计和状态观测器增益矩阵求取转化为两组严格线性矩阵不等式的可行解问题.最后通过算例验证了该方法的可行性和有效性.     

Stabilisation of discrete-time polynomial fuzzy systems via a polynomial lyapunov approach

This paper deals with the problem of designing a controller for a class of discrete-time nonlinear systems which is represented by discrete-time polynomial fuzzy model. Most of the existing control design methods for discrete-time fuzzy polynomial systems cannot guarantee their Lyapunov function to be a radially unbounded polynomial function, hence the global stability cannot be assured. The proposed control design in this paper guarantees a radially unbounded polynomial Lyapunov functions which ensures global stability. In the proposed design, state feedback structure is considered and non-convexity problem is solved by incorporating an integrator into the controller. Sufficient conditions of stability are derived in terms of polynomial matrix inequalities which are solved via SOSTOOLS in MATLAB. A numerical example is presented to illustrate the effectiveness of the proposed controller.     

Robust static output feedback design for polynomial nonlinear systems

A computational scheme of solving the nonlinear static output feedback design problems for a class of polynomial nonlinear systems is investigated in this paper. Sufficient conditions to achieve the closed‐loop stability with or without H_∞ performance are presented as state‐dependent matrix inequalities, which provides an effective way for the application of the new sum of squares programming technique to obtain computationally tractable solutions. By introducing additional matrix variables, we succeed in eliminating the coupling between system matrices and the Lyapunov matrix. The proposed methodology is also extended to the synthesis for the parameter‐dependent polynomial systems. Robust polynomial output feedback controller is designed in an efficient computational manner. Finally, numerical examples are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed methodology. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

一类非线性系统的H2容错控制器的设计及其在空间飞行器的应用

针对存在执行器故障的不确定系统,本文研究了一种H2鲁棒容错控制的设计.控制器包括三个功能: 1)利用径向基函数(Radial basis function, RBF)神经网络估计得到的近似非线性函数构成闭环控制,抵消系统的非线性特征; 2)能实现H2性能指标的最优控制; 3)利用滑模控制抑制模型估计误差以提高控制精度, 并且控制器具有指定稳定裕度的设计功能.文中提出了用于执行器故障估计的调整规则, 故障估计信息用于控制律的设计.基于Lyapunov函数,推导了满足H2最优性能的充分条件:非线性二次矩阵不等式. 为了降低计算成本,给出了不等式求解的简化算法,避免了在线求解非线性矩阵不等式.通过一个空间飞行器模型的仿真, 验证了本文提出方法的有效性.     

基于LMI的不确定离散模糊时滞系统鲁棒控制

利用T-S模糊模型，讨论了一类具有状态时滞和控制输入时滞的不确定离散非线性系统鲁棒控制问题,基于Lyapunov稳定性理论，导出了系统采用线性矩阵不等式表示的时滞相关型鲁棒镇定充分条件，并设计了相应的状态反馈模糊控制器．仿真结果证明了所提出方法的有效性和可行性.     

离散T-S模糊广义系统的H∞控制

研究了离散T-S模糊广义系统的H_∞控制问题. 首先引入辅助矩阵变量得到新的容许性条件, 解决了由于矩阵P的不定性, 无法运用Schur补引理处理非线性Lyapunov不等式的问题, 进而得到严格不等式表示的H_∞控制条件.基于模糊Lyapunov函数方法, 分别研究了状态反馈控制器、静态输出反馈控制器、动态输出反馈控制器的构造方法. 所得结论可推广到系统具有范数有界不确定性的情况. 最后通过算例验证方法的有效性.     

Robust Output Feedback Controller Design for Time‐Delayed Teleoperation: Experimental Results

In this paper, a robust output feedback control strategy is proposed for a nonlinear teleoperation system which can deal with stability as well as transparency despite the variable time‐delay and uncertain dynamics. The proposed approach is composed of two steps. First, local Lyapunov based adaptive controllers are applied to both master and slave sides in order to suppress the nonlinearities in the system dynamics. Afterwards, a new observer‐based controller scheme is proposed to achieve stability and performance (transparency) of the teleoperation system. Using the Lyapunov techniques, stability and performance objectives are cast as some linear matrix inequality (LMI) feasibility conditions. To evaluate the performance of the proposed controller, a set of simulations and experiments are performed. Through simulation results, it is demonstrated that the proposed approach significantly outperforms the existing methodologies reported in the literature.     

Gain-scheduled L-one control for linear parameter-varying systems with parameter-dependent delays

This paper deals with the problem of gain-scheduled L-one control for linear parameter-varying (LPV) systems with parameter-dependent delays. The attention is focused on the design of a gain-scheduled L-one controller that guarantees being an asymptotically stable closed-loop system and satisfying peak-to-peak performance constraints for LPV systems with respect to all amplitude-bounded input signals. In particular, concentrating on the delay-dependent case, we utilize parameter-dependent Lyapunov functions (PDLF) to establish peak-to-peak performance criteria for the first time where there exists a coupling between a Lyapunov function matrix and system matrices. By introducing a slack matrix, the decoupling for the parameter-dependent time-delay LPV system is realized. In this way, the sufficient conditions for the existence of a gain-scheduled L-one controller are proposed in terms of the Lyapunov stability theory and the linear matrix inequality (LMI) method. Based on approximate basis function and the gridding technique, the corresponding controller design is cast into a feasible solution problem of the finite parameter linear matrix inequalities. A numerical example is given to show the effectiveness of the proposed approach.