广义系统的无源控制及鲁棒稳定性研究

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1、广义系统的无源控制及鲁棒稳定性研究摘要广义系统是一类比正常系统更具一般形式的动力系统，广义系统理论是20世纪70年代才开始形成并逐渐发展起来的现代控制理论的一个独立分支。近年来，由于广义系统在控制理论、电路、经济、机械以及其它领域中得到了广泛应用，广义系统理论的研究也进一步吸引了国内外众多学者的关注，许多正常系统的结论已经被相继推广到广义系统中。无源性是耗散性的一个重要方面，它将输入输出的乘积作为能量的供给率，体现了系统在有界输入条件下能量的衰减特性。事实上，基于Lyapunov函数的镇定理论，也可以从无源性的角度来

2、加以解释，可以说，无源性是稳定性的一种更高层次的抽象。在对系统进行镇定时，人们常常需要构造一个Lyapunov函数，现有文献表明，这一过程可以转化为构造一个使系统无源的存储函数。因此，无源性理论在控制系统的稳定性分析中有着极其重要的作用。所谓广义系统的鲁棒稳定性，概括地说，就是广义系统对于所有允许的不确定性仍能保持其稳定性，即正则、无脉冲且渐进稳定的性能。近年来,广义系统的鲁棒稳定性问题引起了学者们的关注,并取得了一定的研究成果；然而，与正常系统不同的是,广义系统的鲁棒稳定性不但要考虑其稳定性,而且还要考虑其正则性以

3、及无脉冲性,而后两个问题在正常系统的鲁棒稳定性分析中是不会出现的,所以I广义系统的鲁棒稳定性分析比正常系统的鲁棒稳定性分析要复杂。本文针对当前广义系统理论的研究现状，在深入研究无源控制理论以及正常系统鲁棒稳定性的基础上，重点研究并解决了时滞不确定广义系统的无源控制问题，以及广义系统在线性摄动及非线性摄动下的鲁棒稳定界问题，其创新性主要体现在以下三个方面：（1）研究并解决了时滞不确定广义系统的鲁棒无源控制问题。利用线性矩阵不等式(LMI)方法，首先给出了时滞不确定广义系统正则、无脉冲、渐近稳定且无源的充分条件；然后给出

4、了无记忆状态反馈鲁棒无源控制器的存在条件，并且利用线性矩阵不等式的解构造出了相应的鲁棒无源控制器；最后利用Matlab的线性矩阵不等式工具箱进行了算例仿真，仿真结果说明了所提出方法的可行性和有效性。（2）研究并解决了广义系统在非线性摄动下的鲁棒稳定界问题。利用Lyapunov稳定性理论和范数的性质给出了带有非线性摄动的广义系统的一个鲁棒稳定界，利用Matlab完成的两个算例仿真证明了该结论的正确性。（3）研究并解决了带有结构不确定线性摄动的广义系统的最大鲁棒稳定界问题。先将该系统通过受限等价变换进行快慢子系统分解，然

5、后对分解后的慢子系统采用Lyapunov稳定性理论进行分析，给出了该系统的一个鲁棒稳定界，并通过严格的证明给出了使得该系统鲁棒稳定的线性摄动的最大上界，仿真结果验证了所提出的结论。关键词：广义系统；无源控制；鲁棒稳定性；状态反馈控制器；鲁棒稳定界；线性矩阵不等式IIRESEARCHONPASSIVECONTROLANDROBUSTSTABILITYFORSINGULARSYSTEMSABSTRACTSingularsystemisakindofdynamicsystemofmoregeneralformwhencom

6、paredwithnonsingularsystems.Thetheoryofsingularsystemhasbeendevelopedsufficientlysince1970s,andbecomeanindependentbranchofmoderncontroltheory.Recently,therehasbeenagrowinginterestinginsingularsystemsfortheirextensiveapplicationsincontroltheory,circuits,economic

7、s,mechanicalsystemsandotherareas.Manyconceptsandresultsinnonsingularsystemshavebeenextendedtosingularsystems.Thepassivityisanimportantpartofthedissipativeness,whichtakestheproductoftheinputandtheoutputasthesupplyrateoftheenergy,whichembodiestheattenuationproper

8、tyofasystemunderboundedexogenousinput.Infact,thestabilitytheorybasedonLyapunovfunctioncanalsobeexplainedinviewofthepassivity.Asaresult,itcanbesaidthatthepassivityisafurthera