一类具有执行器饱和的非线性时滞系统控制问题

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信号饱和是工程应用和生物技术领域中常见的现象,当信号输入或外在信号刺激超出了接收器的物理极限,便会产生饱和。近年来,作为实际控制系统中的重要约束之一,执行器饱和受到了越来越多的关注。目前涉及执行器饱和的文献中,所考虑的控制系统主要是线性的,且大多不含时滞。然而,实际控制系统一般都是非线性系统,且在信号传输中不可避免地会存在时滞现象。因此,在非线性系统框架下考虑时滞以及执行器饱和具有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要探讨一类具有执行器饱和的非线性时滞系统的控制问题,包括如下内容:第一章介绍了时滞系统和执行器饱和的相关研究背景和国内外研究现状。在此基础上,提出了本文研究的问题,并概括了主要创新点。第二章给出了相关定义和引理,为主要结果的叙述证明提供必要的准备。第三章研究了具有执行器饱和的非线性离散时滞系统控制问题。首先,运用改进的凸组合法处理饱和项,得到了相应的闭环系统,并且提出与初始值相关的新的离散时间不变集形式;然后,借助Lyapunov函数以及离散Halanay不等式考察系统指数稳定性,导出了系统不变集条件;在此基础上,通过给定的形状参考集对不变集进行优化得到吸引域估计。进一步对状态反馈控制器进行了设计。最后,两个数值模拟验证了相关结果的有效性。第四章进一步研究了具有噪声干扰和执行器饱和的非线性离散时滞系统控制问题。首先对无噪声系统的吸引域概念进行推广,定义了不变集的吸引域。接着为了处理该系统控制问题,推广了离散的Halanay不等式,结合一些新的分析技巧,设计了状态反馈控制器,保证存在两个嵌套的不变集,满足大不变集包含在小不变集的吸引域内部,并通过优化设计,使得小不变集极小化来更好地抑制噪声。数值模拟进一步验证了相应理论的正确性。第五章考虑到减少系统控制成本、提高控制效率,在状态控制器的构造中引入间歇控制策略,研究了在间歇控制下具有执行器饱和的非线性连续时滞系统控制问题。首先,运用改进的凸组合法对连续系统的饱和项进行处理,得到了相应的分段闭环系统,同时提出与初始值有关的新的连续时间不变集形式;接着通过Lyapunov函数,利用微分不等式考察了系统指数稳定性,导出了系统不变集判据;在此基础上,结合给定的形状参考集对不变集进行优化得到吸引域估计,进而解决间歇控制器的设计问题。最后的数值模拟验证了相关结果的可行性。
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