基于脈沖觀測器魯棒鎮(zhèn)定和自適應(yīng)脈沖觀測器設(shè)計.pdf

1、脈沖觀測器概念最早是由德國學(xué)者Raff和Allgwer于2007年提出的,旨在利用系統(tǒng)輸出在離散時刻的采樣實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)估計,從而在網(wǎng)絡(luò)控制背景下可以提高帶寬的使用率.近幾年,關(guān)于脈沖觀測器及其應(yīng)用取得了一些成果,但仍有很多問題尚待解決.針對脈沖觀測器的研究現(xiàn)狀,本文主要研究以下兩個問題:基于脈沖觀測器的輸出反饋控制問題,以及自適應(yīng)脈沖觀測器的設(shè)計問題.關(guān)于第一個問題,尚未有相關(guān)的研究報道.關(guān)于第二個問題,伊朗學(xué)者Ayati和Khalo

2、ozadeh提出了一種設(shè)計方法,但被證明是錯誤的.針對第一個問題,本文分別就一類非線性系統(tǒng)和存在參數(shù)不確定性的線性系統(tǒng),提出了基于脈沖觀測器的輸出反饋控制器設(shè)計方案和設(shè)計準則.針對第二個問題,本文提出了一種新型自適應(yīng)脈沖觀測器,并證明了在一定條件下,該自適應(yīng)脈沖觀測器既能估計系統(tǒng)狀態(tài)又能估計未知參數(shù).取得的主要結(jié)果如下:
　　(1)研究了一類連續(xù)時間非線性系統(tǒng)基于脈沖觀測器的輸出反饋鎮(zhèn)定問題.構(gòu)造了依賴于脈沖時間序列的時變Lyap

3、unov函數(shù),運用該Lyapunov函數(shù)和常數(shù)變易公式,分析閉環(huán)系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性.進一步,結(jié)合凸組合技術(shù),以線性矩陣不等式形式(LMI)給出了基于脈沖觀測器的輸出反饋鎮(zhèn)定控制律的設(shè)計準則.該設(shè)計準則依賴于脈沖區(qū)間的上下界信息.通過對柔性機械手臂模型進行反饋控制仿真,驗證了所設(shè)計反饋控制方法的有效性.
　　(2)研究了連續(xù)時間不確定線性系統(tǒng)基于脈沖觀測器的輸出反饋控制問題.首先,引入狀態(tài)誤差變量,導(dǎo)出了反饋控制下具有混雜結(jié)構(gòu)特征的閉

4、環(huán)系統(tǒng).其次,運用時變加權(quán) Lyapunov函數(shù)方法和凸組合技術(shù)分析了閉環(huán)系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性,獲得了LMIs形式的反饋控制器存在條件.控制增益矩陣和觀測器增益矩陣可通過求解該組LMIs獲得.最后,兩個數(shù)值例子驗證了基于脈沖觀測的反饋控制方法不比基于連續(xù)時間觀測器的反饋控制方法差.
　　(3)研究了一類非線性系統(tǒng)自適應(yīng)脈沖觀測器(AIO)的設(shè)計問題.在本文設(shè)計的AIO結(jié)構(gòu)中,觀測器狀態(tài)按照脈沖方式進行狀態(tài)更新,相應(yīng)的狀態(tài)方程由脈沖微分

5、方程描述;而參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整律則通過依賴于脈沖時間序列的時變微分方程描述.運用時變 Lyapunov函數(shù)方法和推廣的Barbalat引理,分析了誤差系統(tǒng)的收斂性,獲得了AIO存在的充分條件.對于系統(tǒng)的一類特殊情形,上述充分條件可表述為LMIs形式,通過求解一組LMIs,可以求出觀測器增益矩陣.進一步,當附加持續(xù)激勵(PE)條件后,還能保證參數(shù)估計的收斂性.將上述設(shè)計方法應(yīng)用于Chua電路和Lorenz系統(tǒng),數(shù)值仿真驗證了上述脈沖觀測器設(shè)計