离散时间系统分析及MATLAB实现

线性时不变离散时间系统是最基本的数字系统,差分方程和系统函数是描述系统的常用数学模型,单位脉冲响应和频率响应是描述系统特性的主要特征参数,零状态响应和因果稳定性是系统分析的重要内容.文章从系统的分析流程、系统模型的创建、时域分析、频域分析和因果稳定性分析等方面,介绍了线性时不变离散时间系统的基本分析方法,并以实例形式列举了MATLAB实现程序.     

时延网络控制系统的稳定性分析

网络控制系统是一种新兴的通过网络传输数据的实时反馈控制系统.基于线性时不变控制对象,在仅存在不大于一个采样周期的时延影响的情况下,建立了该网络控制系统的离散模型,并基于此模型进行稳定性分析,并得出了判断系统达到渐进稳定的方法,最后进行了仿真验证,仿真结果表明该方法正确有效.     

合作情形的非线性双寡头博弈分析

研究了企业合作之间的非线性古诺双寡头博弈均衡的稳定性.在未知情况下根据离散时间段内的逆需求函数和线性成本建立模型.基于针锋相对策略,介绍并研究了两个动态调整策略并对每个模型不动点的稳定性进行了分析.通过数值模拟显示并指出了所提出模型的复杂行为及模型参数对合作的影响.     

离散重复控制系统设计的二维模型方法

针对一类线性不确定系统,提出了一种基于离散二维模型的重复控制系统设计方法,通过独立考虑重复控制系统的控制与学习行为,建立了离散重复控制系统的二维模型,构造二维状态反馈控制器,将离散重复控制系统设计问题转化为一类离散二维系统的设计问题,然后应用二维系统理论和线性矩阵不等式方法,分别获得了标称和不确定重复控制系统的稳定性条件,根据稳定性条件,通过求解线性矩阵不等式,求得重复控制器参数,最后数值仿真实例验证了本研究所提方法的有效性。     

网络控制系统具有时延补偿的离散滑模预估控制

基于线性时不变被控对象的网络控制系统的离散模型,研究了系统滑模控制器的设计问题.在系统状态预估的基础上,构造了具有时延补偿的滑模超平面,提出了完全消除抖振的滑模控制方法.利用李雅普诺夫方法证明了该控制器可保证系统的稳定性且不要求网络诱导时延小于一个采样周期.以伺服系统为对象的仿真实例验证了该方法的可行性和有效性.     

环状周期结构面外参激振动稳定性分析

针对工程领域广泛应用的一类受移动载荷作用的环状周期结构,开展了面外参激弹性振动稳定性研究.首先采用Hamilton原理在载荷随动坐标系下建立了时不变动力学模型.然后应用Galerkin方法对其进行离散,得到常微分动力学模型,最后通过计算特征值预测了模态特性和动力稳定性.为了验证解析结果的正确性,应用坐标变换将模型转换至惯性坐标系下,得到时变动力学模型,然后采用Floquét理论计算了不稳定域.该研究提供了一种解决移动载荷参激振动问题的有效途径.     

离散不确定广义系统的鲁棒稳定性:LMI条件

用线性矩阵不等式方法(LMI)研究了离散不确定广义系统的鲁棒稳定性问题.基于多项式类型不确定性,对离散不确定广义系统给出了两个鲁棒稳定的充分条件,这些充分条件通过线性矩阵不等式来表示,而这些线性矩阵不等式仅与有限个顶点的凸域有关.通过解这些线性矩阵不等式可以决定离散不确定广义系统的鲁棒稳定性,与现有的稳定性方法相比,这些新方法具有较少的保守性.对一类具有多项式类型不确定性的不确定离散广义系统,设计了控制器,实现了闭环系统是正则、因果和稳定的.所给出的例子说明了文中方法的有效性.     

时延的事件触发无模型自适应抗干扰控制

针对一类具有时滞和有界扰动的离散时间系统，提出了一种改进的无模型自适应控制策略。首先，应用紧格式动态线性化方法将原始非线性时滞系统转换为数据模型。其次，应用离散时间扩展状态观测器对未知残差非线性时变项进行估计，提出了一种基于离散时间扩展状态观测器的无模型自适应控制方案。此外，通过设计事件触发条件以确保Lyapunov稳定性，建立了基于离散时间扩展状态观测器的事件触发无模型自适应控制。只有当系统指示器满足所提供的事件触发条件时，才更新控制输入信号；否则，控制输入保持不变，可以有效地解决有限的通信带宽问题。最后，通过仿真验证了该方法的有效性。     

连续时间T-S模糊系统的离散化:Delta算子方法

针对一类连续时间T-S模糊系统,利用Delta算子方法,对系统进行局部离散化和全局离散化处理.首先对模糊规则后件部分的线性时不变动态方程做局部离散化处理,然后再对系统的动态模型做全局离散化处理.为了获得T-S模糊系统的多胞结构,对全局离散化模型进行Taylor级数展开,从而得到近似全局离散化模型.基于线性矩阵不等式(LMI)技术,针对近似全局离散化模型设计了相应的状态反馈控制器,使系统被渐近镇定.采用Delta算子对连续系统离散化时,随着采样频率的加快,其离散模型将趋近于原来的连续模型,并保持原有的动力学性质.仿真结果验证了理论的有效性.     

离散化采样控制系统的故障估计

针对一类具有采样周期一定的线性时不变采样控制系统,先给出系统范数的定义,然后利用自定义的系统范数对系统同时进行范数不变变形离散化和阶跃不变变形离散化,得到系统的离散形式模型.考虑H_/H∞,H2/H∞和H∞/H∞故障检测问题,给出离散系统的最优滤波器的形式;基于该离散系统的最优滤波器的设计思想和设计方法,给出系统的故障估计观测器设计方法和设计形式,构造Lyapunov函数得到误差方程渐近稳定的必要条件,通过Matlab LMI工具箱得到故障估计自适应权重矩阵Γ和参数θ.最后通过数值算例证明了该方法的有效性.     

神经网络在线性系统辨识中的应用

本文把具有线性处理单元的神经网络应用于线性时不变动态系统辨识;讨论了用多层前向网络和回归网络分别对线性时不变动态MIMO系统的输入输出模型和状态空间模型进行辨识的方法;提出了用线性系统粗糙模型的先验知识对神经网络权进行初始化的方法.仿真实验表明所提出的初始化方法比随机初始化法的学习有更快的收敛速度.     

一类多模型自适应控制系统的稳定性证明

针对一类时不变或慢时变的离散时间非线性系统,首先在线性鲁棒自适应控制的基础上,给出了系统有界输入-有界输出的稳定性证明,并得到了系统有界输入-有界输出稳定的充分条件;继而将其引入到多模型切换控制中,经证明该条件可以保证间接多模型自适应切换控制的稳定,较好的兼顾了系统的稳定性和瞬态响应,从而为间接多模型自适应控制器的设计提供了理论依据.     

具有饱和治愈率的SIS传染病模型的稳定性

目的 通过研究一类具有饱和治愈率的离散SIS传染病模型的稳定性,为疾控部门制定治疗传染病的方案提供了理论依据.方法 利用动力系统知识对所建立的模型进行理论分析.结果 定义了模型的基本再生数,讨论了无病平衡点和地方病平衡点的存在性和局部稳定性,以及R0＜1时可能出现的后向分支.结论 不充分的治疗可能会导致传染病的持久.     

基于模型依赖平均驻留时间的含不稳定子系统的离散切换系统的稳定性分析

考虑含有不稳定子系统的离散切换系统的稳定性,通过设计模型依赖平均驻留时间(mode-dependent average dwell time,MDADT)切换信号,针对稳定子系统和不稳定子系统分别设计了慢切换信号和快切换信号,降低驻留时间方法的保守性。采用MDADT方法建立了非线性离散切换系统全局一致指数稳定的充分条件,进一步研究了含有不稳定模态的线性离散切换系统的稳定性,最后数值仿真验证了方法的有效性。     

基于模型降阶法的线性相位IIR滤波器设计

采用基于脉冲响应格拉姆阵的模型降阶法设计线性相位滤波器.为避免以往模型降阶算法在通过求解离散李亚谱诺夫方程得到脉冲响应格拉姆阵过程中的大量计算以及可能出现的病态计算,采用了直接构造格拉姆阵的方法;还根据汉克尔阵奇异值分布确定降阶模型的阶数.实验结果表明,所设计的 IIR 滤波器满足给定的幅频指标,相位在通带内呈线性,且保证了稳定性.     

具有混合时滞随机离散神经网络的渐近稳定性分析

研究了一类具有离散和分布时滞的随机离散神经网络的模型,通过构造新的Lyapunov-Krasovskii函数,给出了模型渐近稳定性的定理.以线性矩阵不等式形式给出的定理,易于用Matlab的LMI工具箱求解.最后通过仿真实例证明了定理的有效性.     

采用SNNM的离散智能系统鲁棒控制器综合

研究了离散标准神经网络模型(SNNM)的鲁棒镇定控制器综合问题,利用李亚普诺夫稳定性理论和S方法推导出了鲁棒状态反馈控制律存在的充分条件,并利用一个线性矩阵不等式的解给出了控制律的参数化表示.大部分基于神经网络或T-S模糊模型的离散智能系统都可以转化为离散SNNM形式,以便采用统一的方法进行控制器的综合.数值示例和仿真结果表明所提出的方法简单易行,为非线性系统鲁棒控制器的综合提供了新的思路.     

马尔可夫时滞网络控制系统的稳定性

针对同时具有马尔可夫(Markov)链跳变特性时滞和随机丢包现象的网络控制系统,建立了网络控制系统的离散模型,利用李亚普诺夫稳定性理论、线性矩阵不等式和自由权矩阵方法,分析了系统的均方稳定性和均方可镇定性,并基于线性不等式给出了系统均方稳定、镇定判据.该方法能判定具有马尔可夫时滞和丢包的网络控制系统的均方稳定性,并设计出同等条件下的均方可镇定时滞依赖控制器.与现有方法相比.能更准确地描述网络时滞特性,有效减小系统保守性,结果更具一般性.最后通过仿真实例证明了方法的有效性.     

具有非单调发生率的随机离散SIR传染病模型的稳定性

研究了一个具有非单调发生率的随机离散SIR传染病模型在平衡点上的稳定性.基于具有随机噪声扰动和非单调发生率的连续SIR传染病模型，用Euler-Marryama方法对其进行离散化，得到了一个随机离散的SIR模型.利用Lyapunov函数证明了系统在平衡点处稳定的充分条件，提出了非线性差分方程在零解处概率稳定的充分条件，以及线性差分方程在零解处均方稳定的充分条件.然后证明了系统在正平衡点和边界平衡点处的稳定性.最后，对于所得到的结论运用数值仿真进行了验证，并证明了系统中随机扰动的影响.     

地下水资源管理模型的信号与系统分析技术

基于信号与系统分析技术的基本理论．根据地下水资源管理模型中响应矩阵法的建模思想,应用离散的线性时不变系统响应特征的卷积和表示法,从不同的理论角度论述了将地下水流离散系统与地下水资源规划管理模型相耦合的过程。通过某水源地规划管理模型的建立,说明了该技术在地下水资源优化配置和管理中应用的可行性和有效性。