基于LMI方法的时延区间二型模糊TSK系统的稳定性研究

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经过近半个世纪的发展,模糊理论因具有词汇建模和处理不确定性的优势而被众多研究者应用于计算机和通信网络、工业控制系统、信号处理、数字通信、诊断医学、决策研究和金融投资等不同领域。区间二型模糊集等价于无限个一型模糊集的合集,大量文献已经证明了区间二型模糊系统在处理不确定性上优越于一型模糊系统。对于非线性系统,本文通过采用模糊TSK系统进行拟合,构造了闭环区间二型模糊TSK控制系统的数学模型。当系统出现时延、外界扰动、随机扰动、参数不确定和事件触发时,分析了不同的实际情况,通过选用适合的技术方法,讨论了闭环区间二型模糊TSK系统的稳定性条件,进而设计了不同类型的区间二型模糊TSK控制器。本文主要依据Lyapunov-Krasovskii稳定方法和LMI技术手段,研究了含有时延的闭环区间二型模糊TSK系统的稳定性问题,得到了一系列的理论结果,同时通过仿真验证了所提出方法的可行性。为了降低保守性,采用了Jensen不等式,Wirtinger不等式,时延分割方法和凸组合技术对不等式进行放缩和简化。具体来说,本文的主要贡献包括以下几个方面:(1)针对于含有时变时延的区间二型模糊TSK系统的镇定控制问题,通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii函数,提出了利用Jensen不等式和凸组合技术放缩降低保守性的方法,得到了具有有界时变时延的区间二型模糊TSK系统渐进稳定的充分条件。(2)讨论了采用时延分割方法的区间二型模糊TSK系统的H∞控制器设计问题,通过把时延分割为N等份,构造了基于变量N的Lyapunov-Krasovskii函数,进而得到了在外部扰动作用下,满足H∞控制要求的闭环区间二型模糊TSK系统渐进稳定的充分条件。基于变量N的稳定性条件以LMIs的形式给出,随着N的增加,系统的保守性降低,时延上界增加。(3)分析了含有时延的区间二型模糊TSK系统的非脆弱控制器设计问题,通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii函数,利用Wirtinger不等式放缩降低保守性,分别提出了常规和非脆弱区间二型模糊TSK控制器的设计方法。(4)通过对含有时延和随机扰动的非线性系统的研究,设计了基于观测器的闭环区间二型模糊TSK系统,在此基础上推导了含有随机扰动的区间二型模糊TSK系统在均方意义下的渐近稳定性条件。系统中的随机变量可能影响信号的传导和导致状态变量测量无效性的问题,引入了基于一型模糊TSK系统的观测器可以提高状态测量值的可靠性。此外,通过解耦的方法,观测器的增益矩阵和控制器的增益矩阵能够同时被设计和求解。(5)针对于含有时延的非线性网络系统的耗散控制问题,从节省带宽的角度,设计了基于事件触发机制的闭环区间二型模糊TSK系统。考虑到耗散性对系统的影响,通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii函数,得到了既满足闭环区间二型模糊TSK系统渐进稳定,又满足严格(Q,S,R)-δ-耗散的充分条件。最后,指出当前区间二型模糊理论研究和实际应用中存在的一些问题,并展望了未来的研究工作。
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