随机markov跳跃体系滑模控制理念研究

《随机markov跳跃体系滑模控制理念研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、随机Markov跳跃体系滑模控制理念研究第一章绪论本章首先阐述了本课题的研究背景和意义，介绍了滑模控制方法的基本概念，结合课题的主要研究内容，从滑模面和滑模控制律两个角度介绍了滑模控制的设计方法，然后总结概述了随机Markov跳跃系统的研究现状，分析了Markov跳跃系统的滑模控制面临的问题，特别提出了可靠控制问题，最后简述了线性矩阵不等式（LinearMatrixInequality,LMI)方法，给出了本课题工作中经常用到的矩阵不等式引理，并介绍了全文的主要研究内容和工作安排。1.1课题的研究背景和意义自从20世纪60年代以来，Ma

2、rkov跳跃系统由于能够有效地描述实际系统中经常发生的结构突变现象（例如零部件的失效或修复、子系统内部联接的改变和系统工作环境的突然变化等[1，2])而吸引了众多国内外学者的关注和研究，并在Markov跳跃系统的稳定性分析、控制和滤波设计等方面取得了丰硕成果（参见文献[3]-[8]等）。另一方面，由于实际系统在工作过程中不同程度地受到各种随机因素的影响（例如环境噪声、量测噪声等）确定性系统模型只是实际系统的一种简化的、理想的模型，因此，为了更加精确地刻画和有效控制实际运行中的物理系统，在过去几十年里关于复杂控制系统中随机问题的研究一直受

3、到广泛关注，而随机过程（特别是Markov过程）则为这类系统提供了一种很好的描述方法，其中，伊藤（It6)微分方程是使用最为广泛的随机建模方法，并在物理、化学过程、生物、社会经济等领域得到成功应用。与此对应，当同时考虑系统结构突变和随机因素的影响时，伊藤型随机Markov跳跃系统模型就成为一种自然、合理的选择。因此，近年来It5型随机Markov跳跃系统因其能更有效地描述实际跳跃系统开始受到越来越多的关注（参见文献[11]-[19]等）。特别是，关于It6型随机Markov跳跃系统滑模控制的研究也取得了一些有益的进展（参见文献[20]-

4、[26]等）。但是，值得注意的是，上述研究工作都是基于一些理想的工作条件，即假设系统状态可测、系统控制元件正常工作、系统信息完整传输等。然而，在实际的物理系统中，工作环境或成本等因素的限制使得系统的状态信息并不能直接测量。其次，由于元器件自然磨损和老化等各种因素的影响，执行器（包括传感器）的失效是实际工程系统不可避免的问题，而执行器失效不仅可能降低控制系统的动态性能，甚至会导致控制系统的失稳。另外，随着计算机网络技术的飞速发展，通过网络实现远程控制的方式得到了广泛应用，但是控制回路中引入通信网络后也会产生一系列问题，例如数据包丢失、量化

5、和网络诱导时滞等，这些势必会影响系统性能甚至导致系统不稳定。因此，针对系统状态不可测、执行器失效、系统信息丢失等情况，研究It6型随机Markov跳跃系统的滑模控制问题具有十分重要的理论价值和实际意义。1.2滑模控制方法滑模控制方法的基本思想是，利用一种特殊的滑模控制方式，强迫系统的状态变量沿着人为规定的相轨迹（即滑模面）滑到期望点。由于给定的相轨迹与控制对象内部参数以及外部干扰变化无关，因而在滑模面上运动时系统具有比鲁棒性更加优越的不变性。加上滑模控制方法结构简单，响应迅速，从而为复杂工业控制问题提供了一种较好的解决途径。具有滑动模态

6、的变结构控制叫做滑模变结构控制或滑模控制。所谓滑动模态是指系统的状态轨迹被限制在某一子流形上运动。一般来说，初始时刻系统的状态未必在该子流形上，而滑模控制器的作用就在于把系统的状态轨迹在有限时间内驱动到并维持在该子流形上，这一过程称为到达过程。在滑模控制器的作用下，系统的状态轨迹一旦趋近于滑模区，就会被吸引到该区域上运动，即形成滑动模态。通过设计适当的滑模函数，可以使系统进入滑模运动后趋于稳定且具有良好的动态特性。图1.1简要地表示出二阶滑模变结构控制的系统变化特性，分别把和<x)=0称为滑模函数（也叫切换函数）和滑模面。第二章M

7、arkov跳跃系统的输出反馈滑模控制本章研究系统状态未知情况下It6型随机Markov跳跃系统的输出反馈滑模控制问题。首先设计了状态观测器对未知状态进行估计，并构造了一种基于状态估计的切换函数，探讨不同模态下切换函数间的关系，并给出保证滑动模态渐近稳定的充分条件。在此基础上，设计了基于状态估计的滑模控制器，不仅可以保证滑模面的可达性，同时保证了当系统状态在不同模态间跳跃时，滑模面的连续吸引性。2.1引言由于滑模控制对不确定性和外界干扰具有良好的鲁棒性，近年来，如何将滑模控制应用于随机Markov跳跃系统也开始引起研究人员的关注。在200

8、6年研究了一类线性Markov跳跃系统的滑模控制问题，针对各模态分别设计了线性滑模面，提出了滑模控制器的设计方法；Niu步对非线性不确定随机Markov跳跃系统的滑模控制问题进行了研究，建立了不同模态对应的