分数阶不确定系统的若干控制问题

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangcongyu003
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分数阶微积分作为整数阶微积分在任意阶次的推广,以其独特的优势为许多学科的发展提供了新的理论基础与分析工具。近年来越来越多的复杂系统借助分数阶微积分在建模上的优势建立起了分数阶系统数学模型。传统整数阶系统控制理论较为完善,但整数阶控制系统理论的结果不能直接应用或平行推广至分数阶系统,建立和发展分数阶控制系统理论成为自动控制系统理论新的任务和课题。本文主要围绕分数阶参数不确定线性系统展开,讨论了分数阶不确定性线性系统的若干控制问题包括无源化控制、保成本控制和非脆弱控制,取得了以下结果:研究了一类分数阶参数不确定性线性系统的鲁棒无源性和无源化。所考虑的系统在系统矩阵和控制输出矩阵中都存在时变范数有界的参数不确定性。提出了适用于分数阶系统无源性和耗散性的基本概念与定义,建立了分数阶系统无源性与稳定性之间的关系。给出了线性矩阵不等式形式鲁棒无源性充分条件。根据获得的无源性条件,当状态可测时,设计了系统无源化状态反馈控制器;当状态不可测时,利用矩阵奇异值分解方法,设计了基于状态观测器的无源化控制器。理论证明和数值实例仿真验证了所得结果的正确性和有效性。研究了一类具有时滞的分数阶不确定参数线性系统的输出反馈保成本控制。所研究的系统参数不确定为时变且满足匹配条件。建立了适合分数阶系统保成本控制的新定义。借助分数阶Razumikhin定理和矩阵相关理论,分别设计了静态输出反馈控制律和动态输出反馈控制律实现了系统的保成本控制,给出了两种情况下的最小成本上界。所得结果形式为线性矩阵不等式,易通过Matlab计算验证其可行解。通过理论推导和数值仿真验证了所提出控制方法的可行性和有效性。研究了一类具有结构不确定性的分数阶线性时滞系统的非脆弱控制器设计。利用线性矩阵不等式方法、矩阵奇异值分解和分数阶Razumikhin定理,当状态可测时,设计了时滞相关的鲁棒非脆弱状态反馈控制器实现系统的镇定;当系统状态不可测时,设计了基于非脆弱状态观测器的鲁棒非脆弱估计状态反馈控制器实现了系统的镇定。所得的控制器设计方法不仅仅与系统的时滞量相关,而且与系统的阶次有关,大大降低了现有文献中结果的保守性。理论证明和数值仿真验证了所设计方法的正确性和有效性。
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