線性輸出反饋下感測器飽和線性系統的鎮定性研究

《線性輸出反饋下感測器飽和線性系統的鎮定性研究》是依託上海交通大學，由李元龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：線性輸出反饋下感測器飽和線性系統的鎮定性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李元龍
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

由於物理結構的限制及複雜的現場環境，工程控制系統中感測器飽和現象頻繁發生。當感測器飽和時，系統輸出信號的真實值很難被正確測出。輸出反饋控制中由於控制器被饋入了錯誤的輸出測量信號，將會導致控制系統性能的降低，甚至會引起不穩定。針對這一情況，本項目以帶感測器飽和的線性系統作為研究對象，系統地研究線性輸出反饋下感測器飽和系統的鎮定性，主要工作按照全局鎮定、半全局鎮定到局部鎮定的順序依次展開，探討系統鎮定性與系統不變零點之間的內在聯繫，嘗試建立線性反饋下感測器飽和系統與執行器飽和系統兩者在鎮定性方面的對偶關係。根據系統不變零點在複平面上分布情況，設計相應的線性輸出反饋控制律鎮定感測器飽和系統，並使閉環系統滿足一定的性能要求。考慮到外部擾動對系統的影響，本項目還進一步研究半全局與局部魯棒鎮定問題。本項目的研究結果不僅能豐富約束控制理論，而且能為實際系統的控制器設計提供可借鑑的方法。

結題摘要

在實際的工程控制系統中，由於感測器物理結構的限制及複雜多變的現場環境，感測器測量時飽和現象頻繁發生。當感測器發生飽和時，系統輸出信號的真實值很難被正確測出且測量誤差會很大。輸出反饋控制中需要將輸出測量信號反饋至控制器；由於飽和發生時控制器被饋入了錯誤的輸出測量信號，將會導致閉環控制系統性能的降低，甚至會引起不穩定，可能會引起生產及安全事故。本項目以帶感測器飽和的線性系統作為研究對象，系統地研究線性輸出反饋下感測器飽和系統的鎮定性。主要研究結果如下：1、證明了輸出飽和下雙積分器系統線上性動態輸出控制律下能夠實現全局鎮定；對於更一般的線性系統，即開環系統極點均位於閉的左半平面並且積分鏈數量不超過2，我們證明了存線上性動態輸出反饋使得輸出飽和的一般線性系統仍然可實現全局漸近鎮定；2、在半全局鎮定方面，對於連續時間輸出飽和約束系統，其不變零點均位於閉的左半平面，提出了在事件觸發機制下的高增益線性輸出反饋控制律，閉環系統可實現半全局漸近鎮定；3、針對測量通道存在干擾的情況，構造了低增益反饋控制律，實現了輸出飽和下雙積分器系統線上性動態輸出反饋下的單狀態實用漸近鎮定；4、在非線性飽和約束處理方面，構造基於非對稱信息及狀態分區的兩類新型李雅普諾夫函式，降低飽和系統局部穩定性分析的保守性，為後續輸出飽和系統的研究提供新的工具方法。本項目獲得了輸出飽和線性系統在全局鎮定、半全局鎮定及魯棒鎮定等方面的研究結果，探討了線性動態輸出反饋在輸出飽和系統鎮定性方面所能達到的最大能力。後續研究將繼續聚焦輸出飽和系統局部穩定性及多自主體系統在感測器受限情況下一致性問題。本項目研究結果將主要用於多感測器網路、複雜工業環境下感測器受限、有限感知等領域或場景。