时滞再置控制系统设计及稳定性分析

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）时滞再置控制系统设计及稳定性分析硕士研究生：谢涛指导教师：刘彦文副教授企业导师：黄其涛副教授工程领域：控制工程论文主审人：哈尔滨工程大学２０１８年６月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）时滞再置控制系统设计及稳定性分析硕士研究生：谢涛指导教师：刘彦文副教授学位级别：工程硕士学科、专业：控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年5月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D

2、.C:ADissertationfortheDegreeofMaster(MasterofEngineering)DesignandStabilityAnalysisofTime-delayResetControlSystemsCandidate:XieTaoSupervisor:AssociateProf.LiuYanwenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringDateofSubmission:May,2018DateofOralExamination

3、:May,2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要在实际的控制系统中时滞现象广泛存在，不仅会降低系统的控制性能，甚至有时候还会导致系统的不稳定，使得系统失控。时滞系统的稳定性分析已经引起了广泛的研究。再置控制可以有效的克服线性反馈控制设计中的局限，改善系统性能。再置控制是控制理论中的重要分支，它推动了控制系统理论的进一步完善，延伸了控制理论基本概念和方法的适用性，同时也提出了更多挑战性的理论问题。与经典的线性控制理论相比，再置控制的优势之处在于它能以一个非常简单的策略来克服线性基础限制，而时滞是造成这种限制的主

4、要来源之一，因此，对时滞再置控制系统的性能进行研究具有较大的现实意义。所以，本文对时滞再置控制系统的稳定性进行了初步的研究，结合再置控制理论和Lyapunov稳定性理论得到了相应的稳定性判据，同时利用数值仿真实例验证了所得稳定性判据的有效性。本文的主要研究工作如下：1.研究了具有时间相关再置律的时滞再置控制系统的稳定性。采用将时滞再置控制系统转换为采样系统的方法，借助采样系统相关理论，通过构造新的Lyapunov-Krasovskii泛函并引入三重积分项，得到了具有较小保守性的时滞再置控制系统稳定性判据。与已有文献中的大多数结论相比，本文得到的稳定性判据不需

5、要基系统的稳定性这一前提条件，因此具有较小的保守性。2.本文还研究了扰动作用下具有输出时变时滞的再置控制系统的L2增益性能问题。由于再置控制系统是一种特殊的混合控制系统，本文利用混合控制系统理论成果，通过构建一组增广的Lyapunov-Krasovskii泛函并结合牛顿-莱布尼茨公式，借助积分不等式方法，得到了时滞相关稳定性判据，同时使用分段李雅普诺夫函数方法来进一步减小稳定性判据的保守性，最后证明了再置控制能够提高控制系统的L2增益性能，增强系统的抗干扰能力。3.本文针对单自由度遥操作系统通信环节存在的时滞给系统带来的影响，利用再置控制能够克服线性基础限制

6、这一特性，设计了合适的再置控制器。建立了遥操作系统的数学模型，结合之前所获得的研究成果分析了具有通信时延的遥操作系统的稳定性，最后分别针对自由运动和接触运动两种情况在不同时延下进行了仿真研究，验证了再置控制对于带有通信时延的遥操作系统具有较好的控制性能，使得系统在具有较快的位置跟踪性能的情况下具有较小的超调量。关键词：遥操作；时滞；再置控制；稳定性AbstractIntheactualcontrolsystem,thetime-delayphenomenonexistswidely,whichnotonlyreducesthecontrolperforman

7、ceofthesystem,butalsosometimesleadstotheinstabilityofthesystem,makingthesystemoutofcontrol.Thestabilityanalysisoftime-delaysystemshascausedextensiveresearch.Resetcontrolcaneffectivelyovercomethelimitationsoflinearfeedbackcontroldesignandimprovesystemperformance.Resetcontrolisanimpo

8、rtantbranchofcontroltheory