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本论文主要研究由偏微分方程描述的弹性振动系统的输出反馈镇定问题。着重于输出反馈镇定器的设计以及包括稳定性在内的闭环系统的动态特征分析。
第一部分,考察了Euler-Bernoulli梁边界非同位控制问题;系统的控制和观测分别位于梁的不同的端点。首先证明了开环系统是Salamon意义下的适定系统。其次构造了无穷维状态观测器,使得观测器状态指数逼近开环系统状态。并证明了观测器系统在Salamon意义下的适定性。最后利用观测器状态反馈得到闭环系统。然后利用Riesz基方法分析闭环系统,得到闭环系统的谱和广义特征函数.证明了闭环系统的Riesz基性质,从而推论出系统的谱确定增长条件和指数稳定性。非同位控制的成功设计和分析,解决了这个长时间困扰分布参数系统控制的困难问题。
第二部分研究Euler-Bernoulli梁内部局部分布控制,边界点观测的分布控制和点观测问题。设计了无穷维状态观测器,基于观测器状态的反馈得到闭环控制系统。证明了闭环系统存在一组广义特征函数构成状态空间的Riesz基,进而推论出闭环系统的谱确定增长条件和指数稳定性。
第三部分考虑Euler-Bernoulli梁边界控制,边界输出含任意给定时间延迟的输出反馈控制问题。首先证明了开环系统在Salamon意义下的适定性。然后对开环系统状态可观测部分设计观测器,对不可观测部分设计预估器,得到指数逼近原状态的观测-预估闭环系统。分别证明了观测器系统和预估器系统的Salamon意义下的适定性。然后利用观测-估计状态反馈得到闭环系统。对于得到的闭环系统,证明了当初值光滑时,系统是指数稳定的。这项工作克服了无穷维系统时滞破坏稳定性这一困难问题。
第四部分考察边界控制和观测含时间延迟时,一维薛定谔方程的稳定性问题。首先证明存在无限小的时间延迟,使得无延迟时稳定的输出反馈控制不能使相应的延迟系统稳定,即原本稳定的控制器对时间延迟是不鲁棒的。然后,同样通过设计观测器和估计器,解决了薛定谔方程的稳定性问题;在观测已知区间设计观测器逼近原系统状态;在观测未知区间设计预估器;对观测-估计状态反馈后,闭环系统是指数稳定的。同时对闭环系统状态进行数值实验,仿真结果表明了稳定控制器的有效性。