离散T-S模糊系统的复合抗干扰预测控制

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T-S模糊模型通过引入一类“IF-THEN”规则和利用模糊隶属度函数将系统全局模型与局部线性子系统连接起来,从而能够以任意精度逼近某一未知的复杂非线性动态系统。目前,模糊控制理论在控制科学与工程领域受到了普遍关注,围绕T-S模糊系统的分析是控制理论未来的一大发展趋势。由于周围环境多变以及负载变化等的影响,上述复杂非线性系统中干扰是广泛存在的。因此,如何降低或抵消干扰的影响,提高系统的控制性能变得尤为重要。基于此,本文研究了离散T-S模糊系统在受到外源干扰、模态跳变和参数不确定性等多种情况下的抗干扰控制问题。另外,非线性系统的建模较为困难,而模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法不要求系统具有较高的模型精度,并且因其具有滚动优化的特点受到了众多学者和工程师的青睐。主要研究内容如下:(1)研究了具有外源干扰的离散一型T-S模糊系统的复合抗干扰控制问题。其中外源干扰为由外系统产生的一类可建模的匹配干扰。首先设计干扰观测器估计干扰;而后基于成本函数,结合标称系统状态预测模型,求出最优控制序列。创新性地提出将基于干扰观测器控制(Disturbance-observer-based Control,DOBC)和MPC相结合的复合抗干扰控制策略。然后,基于Lyapunov稳定性理论,对线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)求解,获得干扰观测器增益和一型T-S模糊预测控制器增益。最后,通过一组数值仿真对本章所提出的控制策略进行验证。(2)研究了存在模态随机跳变、匹配干扰的一型T-S模糊semi-Markov跳变系统的复合抗干扰控制问题。设计模态相关的干扰观测器估计与控制输入同通道的扰动,而后给出DOBC+MPC的复合控制器。另外,离散时间域跳变系统的驻留时间是无穷大且不可数的;因此,提出semi-Markov核(Semi-Markov Kernel,SMK)方法,采用驻留时间具有上界Timax的情况解决了跳变系统驻留时间时变项处理的难点。最后利用LMI方法求出使闭环系统稳定且具有干扰补偿性能的一组可行解。(3)研究了具有参数不确定性、模态跳变、匹配干扰的区间二型(Interval Type-2,IT2)T-S模糊semi-Markov跳变系统在离散时间域基于干扰观测器的复合抗干扰控制问题。针对系统中常见的参数不确定性问题,利用IT2模糊集,使参数不确定性被上下隶属度函数捕获。另一方面,通过引入一系列松弛矩阵降低了系统稳定性条件的保守性。然后,结合DOBC和MPC,基于所提出的新型的Lyapunov函数(系统模态与模糊规则均相关)求出使系统稳定且干扰实现抵消的充分条件。最后通过一组仿真实例验证其可行性。图20幅,参考文献92篇。
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