一类时变非线性采样系统的稳定性研究

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采样控制系统是在实际应用中广泛存在的一种控制系统。这类控制系统的被控对象通常是时间连续的,而控制器部分则是时间离散的。当采样系统是非线性系统时,最常见的控制器设计方法是根据采样系统近似模型进行控制器设计,将该控制器作用于原系统并使精确模型系统稳定。之所以采用这种方法,是因为非线性采样系统的精确离散模型非常复杂有时甚至不能得到其精确的表达式,采用上述方法进行控制器设计就可以避开复杂的精确模型。目前关于这类基于近似模型进行控制器设计的方法按照被控对象系统模型分为两方面,即被控对象由微分方程表示和微分包含表示两种情况。不过在基于近似模型进行控制器设计的方法研究上,主要的研究工作都是围绕被控对象是定常非线性系统的情况进行的。针对时变非线性系统的基于近似模型设计控制器方法的研究工作目前还不是很多。但是这些有关定常系统的研究结果无法对时变采样系统基于近似模型进行控制器设计的问题进行解决,同时考虑到时变非线性系统在实际应用中的广泛存在,研究其基于近似模型进行控制器设计的方法显得非常重要。本文正是针对一类时变非线性采样系统研究其基于近似模型设计控制器的方法。针对时变非线性采样系统,我们首先先对系统模型由微分方程表示的情况进行研究。首先,我们对时变非线性采样系统的模型进行分析,给出系统近似模型和精确模型的结构以及所研究的一类时变非线性系统所要满足的约束。然后我们针对时变非线性系统提出了模型的有界一致性的概念,分析了其相关性质。通过模型有界一致性的概念和性质,我们可以约束近似模型与精确模型之间的误差。接下来,我们介绍一些关于时变离散系统的基本稳定性概念和其等价的李亚普诺夫条件。最后,我们不但给出了有界一致性的判别方法以及不依赖精确模型的辅助判别方法,还结合模型有界一致性和时变离散系统稳定性的概念给出了基于近似模型设计控制器保证精确模型闭环系统稳定的充分条件并通过Matlab仿真验证。对于时变非线性系统模型由微分包含表示的情况。我们采用与分析微分方程情况相似的思路来分析时变微分包含系统的基于近似模型设计控制器的方法。根据时变非线性微分包含采样系统的特点,我们分析其模型并提出了有界上半一致性的概念,该一致性概念从集合的角度约束近似模型与精确模型之间的误差。同时,我们还对该一致性概念的性质进行讨论。接下来,我们采用了非李亚普诺夫的方法对时变微分包含离散系统的相关集合稳定性进行了讨论。最后,我们结合有界上半一致性和时变微分包含离散系统的稳定性概念给出了时变非线性微分包含采样系统基于近似模型设计控制器保证精确模型闭环系统稳定的充分条件并通过Matlab仿真验证。
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