基於有限量化反饋信息的飽和控制系統研究

《基於有限量化反饋信息的飽和控制系統研究》是依託天津大學，由左志強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於有限量化反饋信息的飽和控制系統研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：左志強
• 依託單位：天津大學

項目摘要

隨著計算機技術、通信技術和網路技術的飛速發展，現代控制系統的規模越來越大、分散化程度越來越高，信息通過數字網路進行傳輸，這給傳統的控制理論帶來了新的挑戰。與此同時，系統的執行器、感測器由於自身物理上的限制存在幅值飽和與變化率飽和。本項目以基於網路的控制系統為研究對象，綜合考慮數字通信網路有限頻寬引起的量化效應與系統的飽和非線性約束對系統的影響，採用非線性控制理論、Lyapunov穩定性理論、魯棒控制理論、微分包含理論等給出執行器飽和、感測器飽和作用下量化反饋系統的能控性與能觀性判據；建立基於有限量化反饋信息的飽和控制系統全局、半全局鎮定、局部鎮定的條件，以及吸引域估計的最佳化算法；分析參數攝動和外界擾動下系統的魯棒穩定性和魯棒性能；給出輸入信號同時存在幅值飽和與變化率飽和情況下量化反饋系統的穩定性和魯棒性條件。上述問題的解決將對網路化控制系統的實際套用提供重要的理論依據，具有很強的現實意義。

結題摘要

近年來，計算機技術、通信技術與網路技術的飛速發展為現代控制系統的分析與設計帶來了新的機遇與挑戰。一方面，網路有限頻寬會引起量化效應；另一方面，實際物理系統普遍存在飽和約束。上述兩種不同形式的非理想因素相互作用，共同影響系統的動力學行為。本項目的主要研究內容包括：基於對數量化器的反饋控制系統的鎮定問題；具有狀態約束、飽和量化與傳輸丟包情況下的一致量化反饋系統的鎮定問題；具有執行器故障及量化作用的網路化系統有限時間穩定與一致性問題；具有執行器飽和的廣義非線性系統的容錯控制問題；輸入受幅值飽和約束下系統的可達集估計與不確定馬爾科夫跳變系統的有限時間鎮定問題；飽和約束條件下雷達跟蹤天線伺服系統的設計與開發等。重要結果有：採用組合Lyapunov函式得到了保證對數量化反饋控制系統穩定的條件，不僅取消了原有量化依賴Lyapunov方法所得結果對Lyapunov矩陣個數的限制，結果的保守性也大大降低；對於連續和離散一致量化反饋系統，將丟包分別建立成時滯和伯努利過程，基於Lyapunov-Krasovskii穩定性理論和隨機穩定性理論，得到了保證閉環系統穩定的判據以及吸引域估計的最佳化算法；建立了執行器故障的一般性模型，在此基礎上採用動態量化系統的狀態，設計了編碼器、解碼器以及相應的控制器，從而實現了在執行器出現故障情況下，系統的狀態從初始條件出發在給定時間段內始終保持有界的性質；基於鄰居的相對狀態信息和一般化的執行器故障模型，提出了自適應容錯控制協定用以補償故障對網路化系統一致性跟蹤的影響；同時設計了固定增益的控制器和自適應控制器使得具有執行器飽和的廣義非線性系統正則、無脈衝和穩定；針對具有時滯的線性系統，給出了其可達集估計的新判據，並把上述結果推廣到了神經網路的可達集估計上；建立了處理參數不確定性、外界干擾、轉移機率部分未知情況的馬爾科夫跳變系統均方意義下有限時間可鎮定的條件，避免了高增益問題；提出了一種旋轉變壓器設計方法，實現了位置信息的高精度變換。在此基礎上，進行了雷達跟蹤天線伺服系統的設計與開發並取得了成功套用。上述問題的解決將為具有飽和約束的網路化控制系統的發展提供重要的理論依據，具有很強的現實意義。