基於不完整測量信息的奇異攝動飽和系統的分析與設計

《基於不完整測量信息的奇異攝動飽和系統的分析與設計》是依託中國礦業大學，由楊春雨擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於不完整測量信息的奇異攝動飽和系統的分析與設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊春雨
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

奇異攝動系統控制理論和方法廣泛套用於化工過程、機器人、航天工程、電力系統等領域。但是，現有奇異攝動系統控制方法缺乏對執行器飽和和測量信息不完整性的考慮，常導致控制系統性能低下，甚至不穩定。本項目研究基於不完整測量信息的奇異攝動飽和系統的分析和設計問題。首先，針對採樣周期長、多速率採樣、傳輸過程不可靠、隨機干擾等導致測量信息不完整的因素，利用奇異攝動技術和廣義系統方法研究基於不完整測量信息的狀態估計器和控制器設計方法；然後，分別建立基於狀態估計器和抗飽和補償器的奇異攝動飽和系統設計方法；最後，構造依賴奇異攝動參數的Lyapunov函式和不變集，利用Lyapunov穩定性理論和不變集原理，建立閉環系統穩定界和吸引域的估計和最佳化方法。研究成果將完善和發展奇異攝動系統控制理論，並推動奇異攝動系統控制技術套用的發展。

結題摘要

執行器飽和行為和測量信息的不完整性是影響控制系統穩定性的重要因素。本項目研究基於不完整測量信息的奇異攝動飽和系統的分析和設計問題。建立了基於狀態估計器的控制策略和基於抗飽和補償器的控制策略。提出了基於不完整測量信息的奇異攝動系統的濾波器設計方法、多速率採樣觀測器設計方法，以及Markov奇異攝動系統的濾波器設計方法，解決了多種典型數據不完整特徵情況下的奇異攝動系統狀態估計問題，有效避免了潛在的病態數值問題；提出了奇異攝動飽和系統以及奇異攝動切換飽和系統的穩定界分析與最佳化控制方法，解決了非光滑奇異攝動系統的吸引域和穩定界估計與最佳化問題；提出了基於狀態估計器的奇異攝動飽和系統的設計方法，解決了測量信息不完整情況下奇異攝動飽和系統的直接設計問題；提出了奇異攝動飽和系統的快採樣、慢採樣、模糊採樣控制方法，解決了奇異攝動飽和系統的多模式採樣控制設計問題；提出了奇異攝動飽和系統和奇異攝動切換飽和系統的抗飽和控制方法，解決了奇異攝動飽和系統的間接設計問題；提出了基於採樣觀測器的奇異攝動飽和系統的抗飽和控制方法，解決了觀測器、控制器和抗飽和補償器協同設計問題；搭建了直線電機實驗平台和柔性機器人實驗平台，驗證了所提方法的有效性和可行性。研究成果共發表學術論文42篇，其中SCI收錄論文29篇，EI收錄論文10，申請發明專利4項，培養博士研究生2名，碩士研究生8名。研究成果豐富和深化了奇異攝動系統控制理論，推動了奇異攝動系統控制技術套用的發展。