受约束切换线性正系统的控制器综合

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切换线性正系统作为一类重要的切换系统,综合了切换系统复杂的动力学行为及正系统的非负特性,具有重要的理论研究价值和广泛的工程应用背景.由于约束在实际的控制系统中广泛存在,本文针对受约束的离散时间切换线性正系统,结合考虑系统模型的不确定性和时滞的影响,通过状态反馈和输出反馈进行控制器综合设计与研究.主要工作包括以下几个方面:  (1)在系统状态和控制量受约束的情况下,研究了切换线性正系统的状态反馈控制设计问题.基于任意切换和平均驻留时间切换的思想,分别提出了状态反馈控制器的设计方法,使得相应的闭环系统是渐近稳定的正系统,且状态和控制输入满足一定的限制条件.该方法并不要求原系统为正,也适用于非正的切换线性系统,仿真例子验证了控制方案的可行性.  (2)针对具有区间不确定和多胞体不确定的受约束切换线性正系统,利用状态反馈控制研究了其镇定设计问题.基于区间矩阵和多胞体矩阵的相关性质,给出了状态反馈控制器存在的充分条件.通过对初始状态的限制,所设计的控制器在满足状态受限和控制约束的同时,能够保证闭环系统的正性,且使得闭环系统渐近稳定.选取一定的系统模型进行仿真,验证了设计方法的有效性.  (3)研究了含有时滞的受约束切换线性正系统的状态反馈控制设计问题.首先,针对含有常时滞的切换线性正系统,在时滞因素的影响下建立了带有记忆的状态反馈控制器,并证明了闭环系统在任意切换规则下为正且渐近稳定.其次,针对含有时变时滞的切换线性正系统,设计了无记忆的状态反馈控制器,讨论闭环系统在任意切换策略下的稳定性,并使得系统状态和控制输入满足一定的约束范围.仿真例子表明所提出的控制器设计方法的可行性.  (4)针对切换线性正系统,通过输出反馈研究了系统在平均驻留时间切换规则下的控制器综合问题.基于矩阵运算的相关性质,分别利用分解输出反馈增益阵和引入特殊形式对角阵的方法,对系统进行了输出反馈镇定设计.在此基础上,证明了满足约束的输出反馈控制器的存在性.所获得的条件被描述成线性不等式的形式,可通过线性规划算法求解控制器参数及相应的最小平均驻留时间.
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