切換中立型控制系統(tǒng)概論

出版時間:2010-4  出版社:武漢理工大學(xué)出版社  作者:張榆平  頁數(shù):108  

前言

  控制理論發(fā)展到今天已經(jīng)有百年歷史了,伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們著眼的系統(tǒng)越來越龐大,系統(tǒng)的表現(xiàn)形式也越來越復(fù)雜。特別是近些年來,計算機技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展日漸成熟,再加上仿真技術(shù)的突飛猛進,都極大地推動了現(xiàn)代系統(tǒng)理論與控制理論研究的深入發(fā)展,并已經(jīng)進入了一個嶄新的發(fā)展階段?! ?fù)雜性科學(xué)就是這一時期自動化及其相關(guān)領(lǐng)域中發(fā)展出的新的研究方向。在眾多的復(fù)雜系統(tǒng)研究中,切換動態(tài)系統(tǒng)由于其數(shù)學(xué)表述簡潔、建模方便、可實施性好等特點成為研究熱點之一。事實上,早在20世紀(jì)50年代,在航空航天領(lǐng)域,為節(jié)省寶貴的燃料而提出解決時間最優(yōu)控制和燃料最優(yōu)控制問題的Bang-Bang控制原理,就是切換概念的雛形。之后,受繼電系統(tǒng)的相平面法啟發(fā)而發(fā)展和完善的變結(jié)構(gòu)控制,可以說是一種比較典型的切換控制。此外,機器人系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、自動傳輸系統(tǒng)、熔爐開關(guān)控制系統(tǒng)、汽車引擎控制系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中均涉及這樣一類系統(tǒng),即在連續(xù)或離散動態(tài)系統(tǒng)之間切換運行的動態(tài)模型。這類系統(tǒng)與單一微分方程或差分方程所表征的系統(tǒng)相比,其動力學(xué)行為更加復(fù)雜,而切換控制所獲得的控制效果更是常規(guī)控制所無法比擬的。兇此,切換系統(tǒng)及控制得到了迅猛發(fā)展。而在實際工程中,許多系統(tǒng)從建模到控制都含有時滯,如渦輪噴氣式飛機、微波振蕩器、核反應(yīng)堆、無損傳輸系統(tǒng)等。而時滯的存在,往往是導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩和不穩(wěn)定的根源。中立型時滯系統(tǒng)是一類更普遍更一般的時滯系統(tǒng),對于這類系統(tǒng)的研究,其結(jié)論很容易平移到普通時滯系統(tǒng)?;谶@樣的事實,綜合考慮中立型時滯的切換動力系統(tǒng)的研究,就具有重要的理論研究意義和工程實踐背景。一方面,現(xiàn)有的許多系統(tǒng),如電力系統(tǒng)中大設(shè)備的投切運行、自動控制系統(tǒng)中控制器之間的切換、機器人的行走運動等均可以利用切換中立型系統(tǒng)進行建模分析;另一方面,對切換中立型動態(tài)系統(tǒng)的深入分析研究可以為大規(guī)模人造系統(tǒng)的設(shè)計提供理論依據(jù)?! ”緯谧髡叨嗄暄芯康幕A(chǔ)上,針對中立型連續(xù)系統(tǒng)切換動態(tài)模型中存在的諸多問題,由淺人深,由易而難,系統(tǒng)闡述自由切換、受控切換穩(wěn)定性問題,切換規(guī)則設(shè)計問題,魯棒非脆弱H∞控制問題,保成本可靠控制問題和滑??刂茊栴}等。本書的主要內(nèi)容都來源于作者的研究積累。對于初涉此領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員具有一定的理論與應(yīng)用參考價值。

內(nèi)容概要

  切換中立型控制系統(tǒng)是一類重要的混雜系統(tǒng)。由于這類系統(tǒng)中既有連續(xù)動態(tài),又有離散動態(tài),還有中立型時滯的交互作用,所以許多工程實際問題可以用這樣的系統(tǒng)模型來描述,具有廣泛的工程實踐背景和理論研究意義。《切換中立型控制系統(tǒng)概論:原理、設(shè)計與仿真》以Lyapunov穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ),采用線性矩陣不等式方法,研究了切換中立型控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與設(shè)計的一些問題。

作者簡介

  張榆平,男,1 975年5月生,山西晉中人,講師。1998年和2003年在西南交通大學(xué)分別獲得工學(xué)學(xué)士和工學(xué)碩士學(xué)位,2007年在電子科技大學(xué)獲得工學(xué)博士學(xué)位。研究方向主要集中在復(fù)雜系統(tǒng)分析設(shè)計與實現(xiàn),現(xiàn)代智能控制以及智能儀器儀表設(shè)計等。先后主持和參與脈沖切換控制器設(shè)計、智能三表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)設(shè)計、智能流量積算系統(tǒng)設(shè)計、受電弓測試系統(tǒng)設(shè)計等研究工作。已在國內(nèi)外核心期刊和國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文1O余篇,其中SCl收錄多篇,并擔(dān)任App Iiedmathemat i cs and comDutatio n、M ath e m at i caI and Com Duter Mode IIing等國際知名學(xué)術(shù)期刊的審稿人。

書籍目錄

1 緒論1.1 切換系統(tǒng)1.1.1 切換系統(tǒng)概述1.1.2 切換系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀1.2 中立型時滯系統(tǒng)1.3 切換中立型時滯系統(tǒng)2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與預(yù)備知識2.1 線性矩陣不等式(LMI)2.2 動力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論2.3 切換系統(tǒng)基礎(chǔ)2.3.1 切換系統(tǒng)的構(gòu)成和特點2.3.2 切換信號的分類2.3.3 切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性3 切換中立型時滯系統(tǒng)任意切換序列下的穩(wěn)定性3.1 引言3.2 系統(tǒng)描述與問題提出3.3 切換中立型時滯系統(tǒng)任意切換序列下的穩(wěn)定性3.3.1 穩(wěn)定性分析3.3.2 控制器設(shè)計3.4 數(shù)值仿真3.5 結(jié)論¨3.6 定理3.1 的證明4 一類固定切換域的切換中立型時滯系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性4.1 引言4.2 系統(tǒng)描述與問題提出4.3 切換中立型時滯系統(tǒng)在固定切換域下的指數(shù)穩(wěn)定性4.3.1 穩(wěn)定性分析4.3.2 控制器設(shè)計4.4 數(shù)值仿真4.5 結(jié)論5 一類切換中立型系統(tǒng)的切換律設(shè)計5.1 引言5.2 系統(tǒng)描述與問題提出5.3 切換中立型系統(tǒng)的切換律設(shè)計5.3.1 穩(wěn)定性分析5.3.2 控制器設(shè)計5.4 數(shù)值仿真5.5 結(jié)論6 切換中立型系統(tǒng)的魯棒非脆弱H∞控制6.1 引言6.2 系統(tǒng)描述與問題提出6.3 切換中立型系統(tǒng)的魯棒非脆弱H∞控制6.3.1 H性能分析6.3.2 無記憶狀態(tài)反饋H∞控制6.3.3 不確定切換中立型系統(tǒng)的魯棒非脆弱H∞控制6.4 數(shù)值仿真6.5 結(jié)論7 切換中立型系統(tǒng)的保成本可靠控制7.1 引言7.2 系統(tǒng)描述與問題提出7.3 切換中立型系統(tǒng)的保成本可靠控制7.4 數(shù)值仿真7.5 結(jié)論8 不確定切換中立型系統(tǒng)的魯棒滑??刂?.1 引言8.2 系統(tǒng)描述與問題提出8.3 不確定切換中立型系統(tǒng)的魯棒滑??刂?.4數(shù)值仿真8.5 結(jié)論9 總結(jié)與展望參考文獻

章節(jié)摘錄

  切換系統(tǒng)是混雜系統(tǒng)研究中的重要組成部分,學(xué)術(shù)界對于其穩(wěn)定性的研究成果頗豐,它目前仍是混雜系統(tǒng)研究中的熱點。切換中立型時滯系統(tǒng)是一類更為普遍的切換系統(tǒng)模型,這一領(lǐng)域的研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用前景。本文以線性矩陣不等式作為研究工具,對切換中立型系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和設(shè)計進行了深入的探索研究。主要工作總結(jié)如下:  第3章就任意切換序列情形,通過系統(tǒng)等效變換,研究了子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與整個切換中立型系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的聯(lián)系,針對切換問隔與時滯大小之間的關(guān)系,給出了系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件。第4章對于一類切換域固定的切換中立型時滯系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性進行了研究,通過對等效系統(tǒng)的E一指數(shù)穩(wěn)定性研究得到原系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性判定條件。第5章研究了切換律的設(shè)計問題,對于這類受控切換可以將狀態(tài)空間合理劃分,設(shè)計事件驅(qū)動切換律使得系統(tǒng)漸近穩(wěn)定。第6章分析了不確定切換中立型系統(tǒng)魯棒非脆弱H控制問題,考慮了實際系統(tǒng)中數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)不確定性與實際反饋控制器的不確定性,得到了使系統(tǒng)鎮(zhèn)定并具有H。。性能的魯棒非脆弱控制器設(shè)計方法。第7章考慮了在二次成本函數(shù)約束下,系統(tǒng)部件出現(xiàn)故障時的保成本可靠控制問題,利用連續(xù)故障模型描述實際系統(tǒng)的工作狀況,得到系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的條件以及成本函數(shù)的上界優(yōu)化方案。第8章利用滑??刂品椒ㄑ芯壳袚Q中立型系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題,分別就多滑模面和單一滑模面方法進行設(shè)計,得到了任意切換和受控切換時閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件?! ”疚闹械慕Y(jié)論針對的是確定時滯的情形,這些結(jié)果可以直接推廣到時滯上限已知的變時滯情形。

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