控制能量约束条件下时滞系统最优控制与仿真

文中对时滞系统在控制能量存在约束时的最优控制问题进行了探讨.由控制器Youla参数化得到控制系统的敏感度函数和控制敏感度函数用来表示一个包含跟踪误差和控制能量在内的积分平方性能指标,针对不同类型的时滞过程运用谱分解的方法最小化该性能指标,从而导出相应控制器的设计方法,可使系统在控制能量约束条件下具有最优的控制性能.仿真研究进一步说明了所给设计方法的有效性.     

控制能量约束时不稳定过程最优控制与仿真

在最优控制问题的研究中,工业过程控制领域中不稳定系统的控制难度比较大,且在许多控制系统设计中控制能量可能成为重要的性能指标。对控制能量存在约束时不稳定过程的最优控制问题进行了研究与仿真,优化问题的难点在于性能指标的表示与最小化。首先基于不稳定过程的互质分解,由敏感度函数和控制敏感度函数定义了一个包含跟踪误差和控制能量在内的性能指标,采用谱分解最小化该性能指标,从而为不稳定系统导出了一种最优的控制器设计方法,可使系统获得最优的控制性能。仿真结果进一步说明了方法的有效性。     

一类不确定时滞系统的最优控制

对控制能量存在约束条件下一类不确定时滞系统的最优控制问题进行了研究．首先基于一类随机模型误差的描述．定义了一个平均意义上的包含跟踪误差和控制能量在内的性能指标;然后通过谱分解极小化该性能指标,为一类不确定时滞系统导出了一种最优的控制器设计方法,可以兼顾模型不确定性和控制能量约束。仿真研究进一步说明了所提出方法的有效性．     

一类模型不确定系统的最优跟踪性能

在内模控制(IMC)结构下，对控制能量存在约束时一类不确定系统所能达到的最优跟踪性能进行了探讨．首先针对一类相加模型误差的描述，定义了一个平均意义上的包含跟踪误差和控制能量的性能指标．然后通过谱分解极小化该性能指标，导出一个最优的控制器设计方法，可以兼顾模型不确定性和控制能量约束，在实际控制系统设计中可用来对最优跟踪性能和控制能量进行预估．     

一类不确定广义时滞系统的保性能控制

研究同时具有状态时滞和控制输入时滞的一类不确定广义系统的保性能控制问题。对于给定的性能指标及所容许的不确定和时滞,设计一个无记忆状态反馈控制律,使得闭环系统是渐近稳定的,闭环系统的性能函数值不大于给定的一个数。利用Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式工具,得到广义系统的状态反馈保性能鲁棒控制器存在的充分条件和设计方法,并给出相应性能指标上界。仿真示例表明该方法的有效性。     

基于半物理仿真的RBF神经网络滑模控制

针对一类不确定时滞系统研究滑模控制的实现问题。对于实际应用对象的时滞特性采取了特殊的线性变换,将原时滞系统转化为无时滞系统。通过设计二次型性能指标计算得到了最优的切换函数,并使用RBF神经网络实现了滑模控制的自适应等效控制,保证了系统能够克服扰动,系统状态在有限时间能够到达滑模面。系统仿真验证了该方法的有效性和稳定性。     

一类非自衡对象的最优控制

对模型不确定性和控制能量约束并存时一类非自衡对象的最优控制问题作了探讨．首先基于一类随机模型误差的描述,定义了一个平均意义上的包含跟踪误差和控制能量在内的性能指标;然后通过谱分解极小化该性能指标,导出一个最优的控制律,从而为模型不确定性和控制能量约束并存条件下一类非自衡对象的最优控制问题提供了一种实用的控制方法．仿真结果证明了该方法的有效性．     

不确定时滞系统的保性能控制

基于时滞系统的一个新的指数稳定性定理,考虑了时不变不确定时滞系统的保性能控制问题.利用一种新的分析技术,通过解两个Riccati不等式和一个线性矩阵不等式得一保性能控制器,该控制器可保证闭环系统指数稳定且使系统满足一定的性能指标.与一般的不确定时滞系统保性能控制不同,所得的性能指标的上界中含有参数,可通过调整参数值的大小来使性能指标达到最优.所得Riccati不等式中含有时滞,因此该判据是时滞相关的.数值算例证明了该方法的适用性.     

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.     

不确定离散时滞系统的状态时滞反馈保性能控制器的设计

对一类同时具有状态时滞和输入时滞的不确定离散时滞系统,提出保性能状态时滞反馈控制律的设计问题。结合一个二次型性能指标,基于Lyapunov函数和线性矩阵不等式处理方法,推出状态时滞反馈保性能控制律存在的条件,并用线性矩阵不等式的可行解给出保性能控制律的构造方法。最后给出一个仿真例子证明该方法的有效性。     

Optimal regulation performance of discrete time-delay systems based on quantization and input energy constraints

In this paper, we study the optimal regulation problem of networked control systems and propose a new performance index for a given discrete time-delay system. The regulation performance of the controlled plant is investigated by considering the effects of various constraints on the communication channel such as quantization, bandwidth, and packet dropouts using frequency domain methods and two-degree-of-freedom control techniques. The results show that the regulation performance is not only related to the location and direction of the non-minimum phase zeros and unstable poles of a given system but also related to the internal time delay of the controlled plant. Packet dropouts, quantization, and bandwidth limitations can also negatively affect the optimal performance. In addition, the trade-off of the input energy constraint can also make the optimal regulation performance suffer. Finally, the reliability of this innovative result is illustrated by some simulation examples.     

一类具有状态反馈NCS的H∞优化控制

研究一类网络控制系统(NCS)的H∞优化控制问题.状态反馈是兼顾系统性能和敏感性的最有效的控制方式,因此,针对一类不确定时延和有限能量干扰输入的状态反馈NCS,将其建模为不确定的线性时滞系统,并利用Lyapunov理论和线性矩阵不等式(LMI)研究H∞优化控制问题.首先给出NCS的鲁棒稳定的充分条件;然后给出NCS状态反馈次优和最优H;∞控制律的设计方法.仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.

Abstract：

The H∞ optimal control problems of a class of networked control systems(NCS) is studied. The statefeedback is the most effective control mode, which combines system function and sensibility. Therefore, a class of state-feedback NCS with uncertain time-delay and limited energy disturbance input is modeled as the uncertain linear time-delay system. Then by using the Lyapunov theory and LMI, the problems about the H∞ optimal control are researched. The sufficient condition is first given for the robust stability of networked control system, and then the design methods of NCS state-feedback suboptimum and optimum H∞ control laws are obtained consequently. The simulation results show the feasibility and effectiveness of the results.     

一类双线性系统的最优跟踪控制问题

针对一类具有二次型性能指标的双线性系统的最优跟踪控制问题,提出了一种通过逐次逼近法设计最优控制律的近似方法。首先将状态向量含有时滞的双线性系统的最优跟踪问题转化为最优调节问题;然后利用逐次逼近算法,将既含有时滞项又含有超前项的两点边值问题转化为不含时滞项和超前项的线性两点边值问题族,得到调节系统的最优控制律,并可以通过截取最优控制序列的有限项得到调节系统的前馈-反馈次优控制律。最后,将最优控制问题转化为最优跟踪问题。仿真结果表明,此方法达到了较好的跟踪效果。     

冷连轧机张力系统的预测函数控制

预测函数控制是一种控制量计算方程简单，实时控制效果好的新型预测控制算法，可以处理不稳定，时滞，带约束等系统，尤其适用于快速系统的控制。本文将预测函数控制用于冷连轧机张力控制系统中，分析了系统的鲁棒性，稳定性和快速性，仿真结果表现预测函数控制具有良好的控制性能。