基于脈沖觀測(cè)器魯棒鎮(zhèn)定和自適應(yīng)脈沖觀測(cè)器設(shè)計(jì).pdf

1、脈沖觀測(cè)器概念最早是由德國(guó)學(xué)者Raff和Allgwer于2007年提出的,旨在利用系統(tǒng)輸出在離散時(shí)刻的采樣實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì),從而在網(wǎng)絡(luò)控制背景下可以提高帶寬的使用率.近幾年,關(guān)于脈沖觀測(cè)器及其應(yīng)用取得了一些成果,但仍有很多問(wèn)題尚待解決.針對(duì)脈沖觀測(cè)器的研究現(xiàn)狀,本文主要研究以下兩個(gè)問(wèn)題:基于脈沖觀測(cè)器的輸出反饋控制問(wèn)題,以及自適應(yīng)脈沖觀測(cè)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題.關(guān)于第一個(gè)問(wèn)題,尚未有相關(guān)的研究報(bào)道.關(guān)于第二個(gè)問(wèn)題,伊朗學(xué)者Ayati和Khalo

2、ozadeh提出了一種設(shè)計(jì)方法,但被證明是錯(cuò)誤的.針對(duì)第一個(gè)問(wèn)題,本文分別就一類非線性系統(tǒng)和存在參數(shù)不確定性的線性系統(tǒng),提出了基于脈沖觀測(cè)器的輸出反饋控制器設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則.針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題,本文提出了一種新型自適應(yīng)脈沖觀測(cè)器,并證明了在一定條件下,該自適應(yīng)脈沖觀測(cè)器既能估計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)又能估計(jì)未知參數(shù).取得的主要結(jié)果如下:
　　(1)研究了一類連續(xù)時(shí)間非線性系統(tǒng)基于脈沖觀測(cè)器的輸出反饋鎮(zhèn)定問(wèn)題.構(gòu)造了依賴于脈沖時(shí)間序列的時(shí)變Lyap

3、unov函數(shù),運(yùn)用該Lyapunov函數(shù)和常數(shù)變易公式,分析閉環(huán)系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性.進(jìn)一步,結(jié)合凸組合技術(shù),以線性矩陣不等式形式(LMI)給出了基于脈沖觀測(cè)器的輸出反饋鎮(zhèn)定控制律的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則.該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則依賴于脈沖區(qū)間的上下界信息.通過(guò)對(duì)柔性機(jī)械手臂模型進(jìn)行反饋控制仿真,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)反饋控制方法的有效性.
　　(2)研究了連續(xù)時(shí)間不確定線性系統(tǒng)基于脈沖觀測(cè)器的輸出反饋控制問(wèn)題.首先,引入狀態(tài)誤差變量,導(dǎo)出了反饋控制下具有混雜結(jié)構(gòu)特征的閉

4、環(huán)系統(tǒng).其次,運(yùn)用時(shí)變加權(quán) Lyapunov函數(shù)方法和凸組合技術(shù)分析了閉環(huán)系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性,獲得了LMIs形式的反饋控制器存在條件.控制增益矩陣和觀測(cè)器增益矩陣可通過(guò)求解該組LMIs獲得.最后,兩個(gè)數(shù)值例子驗(yàn)證了基于脈沖觀測(cè)的反饋控制方法不比基于連續(xù)時(shí)間觀測(cè)器的反饋控制方法差.
　　(3)研究了一類非線性系統(tǒng)自適應(yīng)脈沖觀測(cè)器(AIO)的設(shè)計(jì)問(wèn)題.在本文設(shè)計(jì)的AIO結(jié)構(gòu)中,觀測(cè)器狀態(tài)按照脈沖方式進(jìn)行狀態(tài)更新,相應(yīng)的狀態(tài)方程由脈沖微分

5、方程描述;而參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整律則通過(guò)依賴于脈沖時(shí)間序列的時(shí)變微分方程描述.運(yùn)用時(shí)變 Lyapunov函數(shù)方法和推廣的Barbalat引理,分析了誤差系統(tǒng)的收斂性,獲得了AIO存在的充分條件.對(duì)于系統(tǒng)的一類特殊情形,上述充分條件可表述為L(zhǎng)MIs形式,通過(guò)求解一組LMIs,可以求出觀測(cè)器增益矩陣.進(jìn)一步,當(dāng)附加持續(xù)激勵(lì)(PE)條件后,還能保證參數(shù)估計(jì)的收斂性.將上述設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于Chua電路和Lorenz系統(tǒng),數(shù)值仿真驗(yàn)證了上述脈沖觀測(cè)器設(shè)計(jì)