T-S模糊控制理論日趨完善,但應用到實際工程中往往會受到限制。其主要原因是當系統(tǒng)中的時變參數(shù)過多時,前件變量和子系統(tǒng)的數(shù)目便會增加,控制器增益矩陣所需滿足線性矩陣不等式的個數(shù)也會呈指數(shù)增加。因此,本文針對此問題提出并研究了模糊變參數(shù)系統(tǒng)理論。模糊變參數(shù)系統(tǒng)是一種集T-S模糊系統(tǒng)和線性變參數(shù)系統(tǒng)諸多優(yōu)點為一體的新型非線性時變模型,它繼承了T-S模糊模型有效處理非線性系統(tǒng)的優(yōu)點,又保持了線性變參數(shù)模型處理時變系統(tǒng)的優(yōu)勢,不僅克服了傳統(tǒng)T-S模糊模型在處理時變系統(tǒng)時模糊規(guī)則劇增的弱點,而且擴展了線性變參數(shù)系統(tǒng)理論的適用范圍。根據(jù)傳統(tǒng)T-S模糊模型理論中基于二次Lyapunov函數(shù)設計并行補償控制器的設計思想,本文給出了模糊變參數(shù)系統(tǒng)的并行補償控制器設計方法,應用凸優(yōu)化理論中的頂點定理得到了包含有限個線性矩陣不等式的控制器設計條件。受到自適應控制理論和增益調度控制思想的啟發(fā),本文還給出基于二次Lyapunov函數(shù)的參數(shù)依賴全狀態(tài)反饋及便于應用到實際系統(tǒng)中的動態(tài)輸出反饋控制器設計方法。此外,本文給出的參數(shù)依賴控制器設計方法較經典T-S模糊系統(tǒng)理論中基于二次Lyapunov函數(shù)的控制器設計方法,能使閉環(huán)系統(tǒng)具有更優(yōu)秀的誘導L_2范數(shù)指標。為了進一步降低控制器設計方法的保守性,本文引入模糊Lyapunov函數(shù)來替代二次Lyapunov函數(shù)研究模糊變參數(shù)系統(tǒng)。應用全分塊S-procedure引理分離隸屬度函數(shù)和時變參數(shù)的耦合項,將一個非凸的矩陣不等式問題轉化為一個線性矩陣不等式的凸問題。本文還應用放縮矩陣的技巧克服了因利用隸屬度函數(shù)信息所引入隸屬度函數(shù)導數(shù)項的上下界而增加保守性的問題�；诜�(wěn)定性分析的結果,給出基于模糊Lyapunov函數(shù)的參數(shù)依賴增益調度狀態(tài)反饋和動態(tài)輸出反饋控制器設計方法。本文還利用時變參數(shù)在線可測特性降低基于二次Lyapunov函數(shù)所得結果的保守性�；趨�(shù)依賴的Lyapunov函數(shù),結合時變參數(shù)滿足的不同條件,給出若干個不同的模糊變參數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定條件。借鑒線性變參數(shù)系統(tǒng)控制理論和增益調度控制的思想,充分利用時變參數(shù)信息,多次應用全分塊S-procedure引理和凸優(yōu)化技術,給出基于參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)的增益調度控制器設計方法。最后,為了驗證所提控制方法的有效性,將以上提出的控制方法應用在火星探測器進入火星大氣的軌跡跟蹤控制中。將火星大氣密度作為時變參數(shù),建立相應的模糊變參數(shù)模型。然后依次應用本文所給出的基于二次Lyapunov函數(shù)、模糊Lyapunov函數(shù)、參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)控制器設計方法設計了參數(shù)依賴的H_∞控制器。數(shù)值仿真結果表明三種控制方法均可以使火星探測器按預先設計的軌跡進入火星大氣。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP273.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
常用符號表
第1章 緒論
    1.1 課題背景及來源
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 課題來源
    1.2 線性變參數(shù)系統(tǒng)理論及建模概況
        1.2.1 線性變參數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與鎮(zhèn)定的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 線性變參數(shù)模型建模方法
    1.3 T-S模糊控制
        1.3.1 T-S模糊系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與鎮(zhèn)定的研究方法
        1.3.2 T-S模糊模型的發(fā)展
    1.4 模糊變參數(shù)系統(tǒng)
        1.4.1 研究模糊變參數(shù)系統(tǒng)理論的必要性
        1.4.2 模糊變參數(shù)系統(tǒng)的提出
        1.4.3 模糊變參數(shù)系統(tǒng)與T-S模糊系統(tǒng)、線性變參數(shù)系統(tǒng)的關系
    1.5 研究內容與論文結構
第2章 基于二次Lyapunov函數(shù)模糊變參數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與控制器設計
    2.1 預備知識
    2.2 基于二次Lyapunov函數(shù)的穩(wěn)定性分析
        2.2.1 穩(wěn)定性分析
        2.2.2 數(shù)值仿真
    2.3 PDC控制器設計方法
        2.3.1 控制器設計
        2.3.2 數(shù)值仿真
    2.4 參數(shù)依賴控制器設計
        2.4.1 狀態(tài)反饋增益調度控制器設計
        2.4.2 動態(tài)輸出反饋增益調度控制器設計
        2.4.3 數(shù)值仿真
    2.5 本章小結
第3章 基于模糊Lyapunov函數(shù)模糊變參數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與控制器設計
    3.1 引言
    3.2 基于模糊Lyapunov函數(shù)的穩(wěn)定性分析
    3.3 基于模糊Lyapunov函數(shù)的控制器設計
        3.3.1 全狀態(tài)反饋增益調度控制器設計
        3.3.2 動態(tài)輸出反饋增益調度控制器設計
        3.3.3 數(shù)值仿真
    3.4 本章小結
第4章 基于參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)模糊變參數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與控制器設計
    4.1 引言
    4.2 基于參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)的穩(wěn)定性分析
    4.3 基于參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)的控制器設計
        4.3.1 狀態(tài)反饋增益調度控制器設計
        4.3.2 輸出反饋增益調度控制器設計
        4.3.3 數(shù)值仿真
    4.4 本章小結
第5章 模糊變參數(shù)系統(tǒng)理論在火星探測器控制中的應用
    5.1 引言
    5.2 火星探測器進入段研究現(xiàn)狀
    5.3 火星探測器進入火星大氣的縱向動力學模型
    5.4 數(shù)值仿真
        5.4.1 跟蹤能力
        5.4.2 抗干擾能力
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
附錄A 部分數(shù)值仿真中的控制器構成矩陣
    A.1 構成第二章算例1 的輸出反饋控制器所需矩陣
    A.2 構成第二章算例2 的輸出反饋控制器所需矩陣
    A.3 構成第三章算例1 的輸出反饋控制器所需矩陣
    A.4 構成第三章算例2 的輸出反饋控制器所需矩陣
    A.5 構成第四章算例1 的輸出反饋控制器所需矩陣
    A.6 構成第四章算例2 的輸出反饋控制器所需矩陣
    A.7 第五章狀態(tài)反饋控制器增益矩陣
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文
致謝
個人簡歷

【參考文獻】

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本文編號：2886757