一类不确定非线性时滞系统的鲁棒控制

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Lur’e控制系统是一类非常典型的非线性控制系统,在飞行器控制、航空、航天控制、液压伺服机控制等许多领域具有十分广泛的实际工程背景。但是由于系统的非线性特性、不确定性和时滞等因素,使得对它的研究呈现出非常复杂的特征。近年来,随着人们对具有多个执行机构的不确定滞后型Lur’e控制系统认识的加深,对于多执行机构Lur’e系统的鲁棒控制更是引起了人们极大的关注。 本文针对不确定滞后型Lur’e系统,利用范数不等式和Lyapunov泛函方法,首先研究了单执行机构的控制系统,给出了具有结构参数扰动和范数扰动界的系统鲁棒绝对稳定的条件;针对当线性部分的不确定性满足范数有界条件而非线性部分的不确定性满足匹配条件的Lur’e控制系统,在整体指数稳定的意义下,给出了系统指数稳定的非线性状态反馈的设计方法。然后进一步研究了具有多执行机构的不确定滞后型Lur’e系统,给出了时滞界和鲁棒扰动界的估计;随后讨论了鲁棒绝对稳定的充分条件,给出非线性状态反馈控制器的设计。本文还研究了多执行机构Lur’e系统的保性能控制问题,导出了无记忆状态反馈控制律的存在条件和参数化表示方法,通过建立和求解一个具有多个线性矩阵不等式(LMIs)约束的凸优化问题,给出最优保性能控制律的设计方法。在每一个重要的定理后面,我们都给出了相应的数值仿真算例,以说明研究结果的可行性和有效性。 在本文的研究中,线性矩阵不等式(LMI)优化方法在稳定性分析中起到了关键作用。这是由于随着Matlab等系统分析优化软件包的广泛使用,高维矩阵的计算已经非常简单,利用线性矩阵不等式(LMI)良好的内点优化算法优化的理论结果,可以更好地为工程设计所接受。
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