Stabilization of switched linear systems with constrained inputs

The stabilization of switched linear systems with constrained inputs(SLSCI) is considered. The authors design admissible linear state feedbacks and the switching rule which has a minimal dwell time(MDT) to stabilized the system.First,for each subsystem with constrained inputs,a stabilizing linear state feedback and an invariant set of the closed-loop system are simultaneously constructed, such that the input constraints are satisfied if and only if the closed-loop system’s states lie inside this set.Then,by constructing a quadratic Lyapunov function for each closed-loop subsystem,an MDT is deduced and an MDT-based switching strategy is presented to ensure the stability of the switched system.     

Switching control system based on robust model reference adaptive control

For conventional adaptive control, time-varying parametric uncertainty and unmodeled dynamics are ticklish problems, which will lead to undesirable performance or even instability and nonrobust behavior, respectively. In this study, a class of discrete-time switched systems with unmodeled dynamics is taken into consideration. Moreover, nonlinear systems are here supposed to be approximated with the class of switched systems considered in this paper, and thereby switching control design is investigated for both switched systems and nonlinear systems to assure stability and performance. For robustness against unmodeled dynamics and uncertainty, robust model reference adaptive control (RMRAC) law is developed as the basis of controller design for each individual subsystem in the switched systems or nonlinear systems. Meanwhile, two different switching laws are presented for switched systems and nonlinear systems, respectively. Thereby, the authors incorporate the corresponding switching law into the RMRAC law to construct two schemes of switching control respectively for the two kinds of controlled systems. Both closed-loop analyses and simulation examples are provided to illustrate the validity of the two proposed switching control schemes. Furthermore, as to the proposed scheme for nonlinear systems, its potential for practical application is demonstrated through simulations of longitudinal control for F-16 aircraft.     

线性切换系统的周期性平稳性分析

研究了线性切换系统的周期性和稳定性规律,给出线性切换系统周期性的充要条件及平稳性的充分性判据．为基于混合动态系统Ｐｅｔｒｉ网模型的混合控制器参数验证和设计提供了依据．     

Robust H∞ output feedback controller design for uncertain discrete-time switched systems via switched Lyapunov functions

The H∞ output feedback control problem for uncertain discrete-time switched systems is reasearched. A new characterization of stability and H∞ performance for the switched system under arbitrary switching is obtained by using switched Lyapunov function.Then,based on the characterization,a linear matrix inequality (LMI)approach is developed to design a switched output feedback controller which guarantees the stability and H∞ performance of the closed-loop system.A numerical example is presented to demonstrate the application of the proposed method.     

考虑非最小相位特性的高超声速飞行器轨迹跟踪控制

针对带有非最小相位特性的吸气式高超声速飞行器控制问题,提出了一种输出跟踪控制方法。对于不具有非最小相位特性的速度子系统,运用动态逆控制技术设计了状态反馈控制器;针对具有非最小相位特性的高度子系统,首先选取合理的内外动态变量,通过坐标变换,将纵向俯仰通道模型转换为正则形式。然后通过对内动态进行稳定性分析,提出了飞行器系统非最小相位特性的判定定理。最后通过在动态逆控制器中加入正则变换后的状态反馈,实现了内动态的镇定,并基于Lyapunov方程证明了系统稳定性。仿真结果表明,该方法实现了良好的跟踪控制效果,并有效地镇定了系统的内动态。     

Robust H∞ output feedback controller design for uncertain discrete-time switched systems via switched Lyapunov functions

The H∞ output feedback control problem for uncertain discrete-time switched systems is reasearched. A new characterization of stability and H∞ performance for the switched system under arbitrary switching is obtained by using switched Lyapunov function.Then,based on the characterization,a linear matrix inequality (LMI)approach is developed to design a switched output feedback controller which guarantees the stability and H∞ performance of the closed-loop system.A numerical example is presented to demonstrate the application of the proposed method.     

考虑不确定复合控制系统动态特性的前向拦截三维导引律

为实现高空高速目标的精确拦截,研究了考虑直接力气动力复合控制动态特性及不确定性的前向拦截三维导引律设计方法。对采用复合控制的慢旋导弹的动力学模型进行了线性化处理,在气动舵控制的基础上设计连续直接力,然后对其进行离散化处理,避免复杂的控制分配问题。在三维弹目相对运动模型和不确定导弹动力学线性化模型的基础上,利用时标分离的思想将系统划分为慢变子系统和快变子系统,应用基于李雅普诺夫稳定性理论的鲁棒控制方法对慢变子系统和快变子系统分别进行鲁棒动态逆设计,得到考虑不确定复合控制系统动态特性的前向拦截三维导引律。对单通道控制和双通道控制的情况分别进行了仿真研究,验证了本文方法的正确性和有效性。     

基于模糊模型的无线网络控制系统故障检测

考虑控制器与被控对象之间采用无线传输,且被控对象为非线性模型的一类网络控制系统,对其进行故障检测。首先基于T-S模糊模型将对象线性化,利用模糊主导子系统规则,设计了模糊观测器,并得出了观测器误差方程。然后将误差方程等效为与无线传输跳数相关的离散切换系统,并证明了误差系统的稳定性。最后,通过仿真实例验证了所提方法的有效性。     

基于观测器的丢包网络控制系统控制器设计

针对网络控制系统的数据包丢失(丢包)问题,提出将网络控制系统中的丢包问题看成是被控对象输入矩阵的切换问题和控制器对象输入矩阵的分别切换问题,进而将网络控制系统看成是由矩阵切换决定的切换律未知的切换系统,将丢包等效为切换系统中子系统之间的切换。采用李雅普诺夫函数方法,对每个由矩阵形式决定的子系统设计了基于观测器的状态反馈控制器。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)的可行解给出了计算状态观测器和控制器的参数化方法。最后通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

一类非线性系统的终端滑模分解控制

针对一类非线性系统的稳定控制问题,提出了一种终端滑模分解控制器的设计方法.首先将整个系统分解成两个二阶子系统,设计两个子系统各自的终端滑模面;然后将一个子系统的控制目标嵌入到另一个子系统的控制目标中,用一个控制量使两个子系统在有限时间内收敛至平衡点.该方法对于维数较高系统的控制具有较大意义,可简化设计.倒立摆的仿真结果验证了该方法的有效性.     

区域旅游可持续发展系统的动态仿真

根据可持续发展理念, 构建包含旅游、人口、社会、资源与环境五大子系统的旅游可持续发展系统. 在分析旅游可持续发展系统内部各要素内在关联及动态行为的基础上, 基于系统动力学理论, 建立旅游可持续发展的系统动力学模型. 运用系统动力学建模软件VENSIM, 对西藏旅游可持续发展进行了仿真模拟. 通过对关键要素指标的调控, 提出西藏旅游业应走兼顾环境保护、基础设施投资、专业人才培养、旅游法规制定、旅游企业以及企业员工等要素的可持续发展模式, 为西藏旅游可持续发展的科学管理提供决策依据.     

采用ESO补偿的再入飞行器姿态预测控制方法

针对飞行器再入姿态运动设计了一种基于扩张状态观测器(extended states observer,ESO)的预测控制方法。为了降低系统的阶数,将姿态系统分成姿态角子系统和姿态角速率子系统,分别设计控制器。采用动态逆方法将运动方程线性化,并基于此推导了解析的最优预测控制律。为了提高控制器的精度和鲁棒性,采用ESO对模型误差和不确定扰动进行估计,并在预测控制律中进行补偿。最后证明了算法的稳定性。通过六自由度仿真分析,验证了控制方法的良好性能。     

Stability analysis of decentralized adaptive backstepping control systems with actuator failures

In this paper, the authors analyze the stability of a class of interconnected systems with subsystem unmodeled dynamics and dynamic interactions employing decentralized adaptive controllers designed by Wen, Zhou, and Wang (2008) in the presence of actuator failures. It will be shown that the global stability of the remaining closed-loop system is still ensured and the outputs are also regulated to zero when some subsystems break down.     

火电厂生态工业园的系统动力学模拟与调控

火电厂生态工业园作为区域工业生态系统是由产业、人口、资源和环境生态等子系统组成,各子系统之间、各子系统与外部环境之间不断的进行着物质、能量、信息等的交换,是一个开放的系统.火电厂生态工业园的可持续发展依赖于各子系统的合理结构、发展模式以及对系统的有效调控.将可持续发展思想与系统动力学方法相结合,在系统地分析火电厂生态工业园的系统结构的基础上,构建了火电厂生态工业园的系统动力学模型;确定生育指数、各产业投资比、科技因子、资源循环利用率等参数为调控参数.以朔州火电厂生态工业园为案例进行了9个方案的模拟和调控.结果表明:方案7和方案8的调控参数选取合理,废物排放最少,经济、环境和社会效益最大,是朔州火电厂生态工业园实现可持续发展的相对最佳方案.     

不确定切换组合大系统的鲁棒分散控制

考虑了一类不确定切换组合大系统的鲁棒分散状态反馈镇定问题。利用单李雅普诺夫函数方法,得到了不确定切换组合大系统鲁棒可稳的充分条件。在互相关联的低维子系统的状态矩阵和控制输入矩阵同时带有未知、时变但有界的不确定性、各自的单个子系统均不能被镇定的情况下,基于凸组合技术和线性矩阵不等式方法,设计出分散状态反馈控制器及相应的分散切换策略,使得闭环系统渐近稳定。仿真结果表明所设计方法的正确有效性。     

Exponential L_1 Filtering of Networked Linear Switched Systems: An Event-Triggered Approach

The issues of event-triggered exponential L_1 filtering are studied for a class of networked linear switched systems. An event-triggered mechanism is proposed to enhance resource utilization in transmission, and save the communication cost of systems as well. Then, the filtering error system is reconstructed as a switched delay system with bounded disturbance through the input delay system approach. By resorting to the Lyapunov-Krasovskii functional approach and the average dwell time(ADT) technique, some interesting results are derived to guarantee the exponential stability with a prescribed L_1 disturbance rejection level. Further, an event-triggered exponential L_1 filter is designed via solving a set of feasible linear matrix inequalities(LMIs). Finally, the efficiency of the proposed results is verified through a numerical example and a PWM-driven boost converter circuit system.     

人口密集区震后压埋人员伤亡及救援动态模型

根据对人口密集片区震后压埋人员伤亡及救援影响因素分析,结合系统动力学基本思想及原理从地震破坏子系统、人员伤亡子系统、应急救援子系统、抗震防灾子系统四个子系统,研究了人口密集片区震后压埋人员伤亡及救援过程中的动态反馈性;建立了人口密集片区震后压埋人员伤亡及救援系统动力学因果模型和流量模型;结合城市抗震防灾规划标准中对紧急避难场所、疏散道路等的建设要求,就重点人群密集片区不同发震时刻震后压埋人员伤亡及救援过程进行了动态模拟;并根据模拟结果对人员密集片区的防灾及紧急救援提出了相关的建议,为城市抗震防灾工作提供参考.     

一类介质访问约束下的网络控制系统设计

针对多输入多输出的网络控制系统,传感器和执行器为时间驱动,由于网络资源的有限性,在每个传输周期内,系统往往只有部分传感器和执行器得到网络介质访问权,与远程控制器进行数据传输,这称为网络控制系统的介质访问约束性,它极大地影响到系统的稳定性和控制性能,成为网络控制中亟待解决的问题。针对这一问题将网络控制系统建模为输出矩阵和输入矩阵随介质约束改变的切换系统,并利用切换系统分析方法和稳定性理论,设计了切换观测器和基于观测器的状态反馈控制器,分析了周期调度下该网络控制闭环系统的稳定性,最后通过仿真验证了这种方法的有效性。     

基于模型的网络控制系统设计:切换控制的平均驻留时间法

利用平均驻留时间方法对基于模型的网络控制系统(model based networked control system,MB NCS)进行了研究。MB NCS由于能够在保证系统性能的前提下有效地减少系统对网络带宽的占用,自提出以来就受到了学者的广泛关注。首先总结了网络控制系统中常用的几种减少网络带宽占用的策略;其次,将基于模型的网络控制系统建模为切换系统,并在所建立的切换系统模型的基础上,利用平均驻留时间方法给出了使得此切换系统稳定的充分条件;最后,借助Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法设计了使得此系统稳定的控制器,并且通过仿真验证了所提出方法的有效性。     

基于主导子系统的非线性系统鲁棒故障诊断

针对非线性不确定系统的故障诊断问题,提出了一种基于主导子系统的自适应模糊观测器设计方法。利用主导子系统的观测器增益矩阵进行模糊观测器的设计,并推导出了系统状态估计误差有界的条件以及故障估计所要满足的自适应算法。另外,考虑到系统带有建模不确定,对故障检测的鲁棒性和灵敏度进行了分析。给出的仿真示例说明所提出的方法是有效的。