线性矩阵不等式及在控制理论中的应用

系统和控制理论中许多重要的问题，都可转化为线性矩阵不等式约束的凸优化问题，从而使其在数值上易于求解。本文阐述了线性矩阵不等式方法的基本概念和内容，并介绍了有关算法及计算软件，最后列举二个例子说明其在控制理论中的应用。     

广义随机仿射系统的线性二次控制

研究了一类连续时间广义随机仿射系统的线性二次(Linear Quadratic, LQ)控制问题.在定义了广义随机系统稳定性的相关概念后,通过一个线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)给出了系统稳定性的条件.然后,利用Riccati方程法分别研究了有限时间广义随机仿射系统的LQ问题和无限时间广义随机系统的LQ问题,得到了有限时间最优反馈控制的存在条件等价于一个推广的微分Riccati方程和一个推广的倒向微分方程存在解,而对应的无限时间最优反馈控制的存在条件等价于一个推广的代数Riccati方程存在解,同时给出了最优反馈控制的显式表达及最优性能指标值.     

利用线性矩阵不等式设计滤波器的方法

目的 将降维观测器的设计目标转化为一个标准的求LMI的可行解问题。方法 利用求解线性矩阵不等式的凸优化技术。结果与结论 给出了一种定常随机系统的降维观测器的设计方法,同时给出了滤波器存在的条件及求解的计算方法。     

基于迭代线性矩阵不等式的模糊静态输出反馈控制

对于一类状态矩阵、输入矩阵和扰动输入矩阵中均含有不确定项的离散T-S模糊系统,研究了静态输出反馈控制的二次稳定性问题。以矩阵不等式的形式给出的充分条件保证了基于该模糊系统的静态输出反馈控制器的存在性。该充分条件不但简单,而且考虑到了各个模糊子系统之间的相互作用。最后,使用迭代线性矩阵不等式(ILMI)的方法,通过数值仿真算例证明了该设计方法的正确性及有效性。     

利用线性矩阵不等式设计滤波器的方法

目的　将降维观测器的设计目标转化为一个标准的求 LMI的可行解问题 .方法　利用求解线性矩阵不等式的凸优化技术 .结果与结论　给出了一种定常随机系统的降维观测器的设计方法 ,同时给出了滤波器存在的条件及求解的计算方法     

线性矩阵不等式问题的进化计算解决方法

针对决定模糊控制中稳定性的线性矩阵不等式问题,提出了用进化计算来解决模糊控制中线性矩阵不等式的新算法。实验证明,该算法解"用于实现模糊控制的增益调度和稳定性的线性矩阵不等式"是有效的。     

基于线性矩阵不等式的转子系统振动主动控制

建立了转子系统的状态空间模型.在不平衡等外界干扰的作用下，为了抑制转子系统的瞬态振动和使转子系统具有鲁棒性，基于线性矩阵不等式设计了H₂、H_∞和H₂/H_∞混合状态反馈控制律.以一个简单的悬臂转子系统为例，验证了H2/H∞混合控制在转子系统振动控制中的可行性和有效性，分析了转子系统在H₂/H_∞混合控制作用下的频域和时域特性.结果表明，H2/H∞混合控制策略有效地抑制了转子系统的瞬态振动，使系统具有较强的鲁棒性，改善了转子系统的频域和时域特性     

一类时滞不确定随机系统的鲁棒H∞控制

研究状态和控制输入同时具有时滞的不确定随机系统的随机鲁棒H∞控制的主要目的是设计一个线性无记忆的状态反馈控制器,使得对于所有系统容许的不确定,闭环系统不仅是均方渐近稳定的,而且满足给定的H∞性能指标.以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出问题可解的充分条件,当线性矩阵不等式可行时即可得到期望的控制律.     

基于线性矩阵不等式的智能车轨迹跟踪控制

针对传统的基于精确数学模型的智能车轨迹跟踪控制器跟踪精度低,鲁棒性弱,很难适应复杂多变的驾驶环境等问题,结合线性矩阵不等式(LMI)鲁棒控制具有易于求解、抗干扰能力强等优点,提出基于LMI的智能车轨迹跟踪控制方法. 将车辆侧向动力学状态空间模型进行坐标变换,得到基于跟踪误差的车辆侧向动力学状态空间模型,采用饱和线性轮胎得到车辆侧向动力学多胞型模型;设计LMI反馈控制器,在控制器中引入前馈控制量,以消除侧向位置稳态误差. Carsim和Matlab/Simulink的联合仿真表明,该控制器在保证车辆稳定性的基础上具有较高的跟踪精度,对车速和路面附着系数具有较强的鲁棒性. 与模型预测控制器(MPC)和预瞄驾驶员模型(PDM)控制器进行对比,结果表明,设计的该控制器轨迹跟踪精度更优.     

Multi-objective variance control of structural vibration

A procedure for the design of state feedback controller for seismic-excited structures is presented in this paper.The external exciting-controlled structure-control system was simulated using state space model.Based on the convex optimization technology and variance control theorem,the general expression of linear matrix inequalities (LMIs) for state feedback controller with closed-loop poles and the steady variance responses constrained were deduced,in which the poles and variance response of system were guaranteed to satisfy certain constraints assigned in advance.LMI Toolbox of MATALB was employed for optimizing the state feedback controller.At last,a three-story simple lumped mass shear model was used to demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed method.     

基于LMI的不确定时滞非线性系统鲁棒镇定研究

研究了一类不确定时滞非线性系统的鲁棒镇定问题.不确定参数是时变未知有界的,但不一定满足所谓的匹配条件.利用线性矩阵不等式,一些充分条件被获得,保证了相应闭环系统的鲁棒稳定性,并在此基础上得出了相应的状态反馈控制器.最后,通过一个数值例子说明了该方法的有效性.     

不确定中立型随机时滞系统的鲁棒记忆非脆弱H∞控制

研究了一类具有参数不确定性的中立型随机时滞系统的鲁棒非脆弱镇定和鲁棒非脆弱H∞控制问题。在控制器增益分别具有加法式摄动和乘法式摄动的情形下,通过构造Lyapunov泛函,利用Ito公式和Schur补原理,建立了用线性矩阵不等式表示的保证闭环系统随机均方渐近稳定的充分条件;给出了不确定系统鲁棒非脆弱H∞控制可解性的充分条件;通过求解线性矩阵不等式,设计了随机时滞系统的记忆状态反馈非脆弱H∞控制器。数值仿真证明了该方法的有效性。     

A direct-variance-analysis method for generalized stochastic eigenvalue problem based on matrix perturbation theory

It has been extensively recognized that the engineering structures are becoming increasingly precise and complex,which makes the requirements of design and analysis more and more rigorous.Therefore the uncertainty effects are indispensable during the process of product development.Besides,iterative calculations,which are usually unaffordable in calculative efforts,are unavoidable if we want to achieve the best design.Taking uncertainty effects into consideration,matrix perturbation methodpermits quick sensitivity analysis and structural dynamic re-analysis,it can also overcome the difficulties in computational costs.Owing to the situations above,matrix perturbation method has been investigated by researchers worldwide recently.However,in the existing matrix perturbation methods,correlation coefficient matrix of random structural parameters,which is barely achievable in engineering practice,has to be given or to be assumed during the computational process.This has become the bottleneck of application for matrix perturbation method.In this paper,we aim to develop an executable approach,which contributes to the application of matrix perturbation method.In the present research,the first-order perturbation of structural vibration eigenvalues and eigenvectors is derived on the basis of the matrix perturbation theory when structural parameters such as stiffness and mass have changed.Combining the first-order perturbation of structural vibration eigenvalues and eigenvectors with the probability theory,the variance of structural random eigenvalue is derived from the perturbation of stiffness matrix,the perturbation of mass matrix and the eigenvector of baseline-structure directly.Hence the Direct-VarianceAnalysis(DVA)method is developed to assess the variation range of the structural random eigenvalues without correlation coefficient matrix being involved.The feasibility of the DVA method is verified with two numerical examples(one is trusssystem and the other is wing structure of MA700 commercial aircraft),in which the DVA method also shows superiority in computational efficiency when compared to the Monte-Carlo method.     

矩阵论中的图论匹配法

G.Birkhoff用代数的方法证明了如果一个矩阵是双随机矩阵,则它能表示成置换矩阵的凸线性组合.设G是具有两分类(X,Y)的二部图,则G中含有饱和X中的所有顶点的匹配M的充分必要条件为:对(A)S(∈)X,有dG(S)≥|S|.文章借助上述二部图的匹配思想,给出这一结论的图论证明.     

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.     

随机Markov跳跃系统有限时间稳定性

研究了一类随机线性It(^overo)Markov跳跃系统的有限时间稳定性问题。首先,定义了系统的有限时间随机稳定和有限时间有界;其次,给出了系统有限时间随机稳定的充分必要条件,利用线性矩阵不等式技术设计了状态反馈能稳控制器;最后,通过数值例子和系统仿真验证了方法的有效性。