状态滞后非线性时滞系统的鲁棒控制

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1、摘要非线性时滞系统的控制研究是当前控制理论研究的热点和难点。时滞的存在使得非线性系统的控制问题变得更加复杂和困难。本论文主要研究了状态滞后的非线性时滞系统的鲁棒控制问题，针对非线性时滞项满足不同的假设条件，设计了系统相应的反馈控制器。论文首先研究了一类不确定项上界函数可参数化的非线性时滞系统的状态反馈控制问题。其标称系统为线性结构，不确定非线性时滞项上界为高阶多项式函数。分别基于LyapunovKrasovsldi泛函和Razumikhin引理，提出了两类控制器设计方案。设计的自适应反馈控制器比现有文献简单，便于实际应用。设计的多项式反馈控制器消除了对时滞导数的假设条件。其次在

2、非线性时滞项的精确数学模型不能得到情形下，论文研究了系统的自适应模糊控制问题。设计了时滞相关指数稳定的滑模面，基于自适应模糊控制思想，提出利用滞后自适应模糊逻辑系统逼近未知滞后非线性函数，设计了自适应反馈控制律。论文针对三角型结构非线性时滞系统，研究了状态反馈控制问题和动态输出反馈控制问题。指出了现有文献存在的错误和LyapunovKrasovskii泛函用于研究三角型结构系统的局限性。利用Razumikhin引理，基于递推控制方法设计了系统时滞无关的状态反馈控制器。最后指出对于多项式非线性时滞系统，总存在时滞无关的状态反馈控制器使得相应的闭环系统有界稳定。在非线性时滞项函数满

3、足特定的假设条件下，研究了三角型结构系统的输出反馈控制问题。首先对系统设计了时滞无关状态观测器，其参数可以通过求解线性矩阵不等式得到，其次基于观测器利用递推控制方法设计了系统的输出反馈控制器，通过构造LyapunovKrasovskii泛函，证明了闭环系统渐近稳定。进一步考虑具有未建模动态的非线性时滞系统的动态输出反馈跟踪控制问题，在非线性时滞项上界不能精确得到的情形下，设计了基于观测器的神经网络动态输出反馈控制器，使得闭环系统一致有界稳定。论文进～步研究了关联非线性时滞系统的分散反馈控制问题。基于LyapunovKrasovskii泛函和Razumikhin引理给出了一般结构

4、关联非线性时滞系统稳定的充分条件。利用LyapunovKrasovskii泛函得到的结论包含了现有文献线性情形的结果，提出利用Razumikhin引理来研究关联非线性时滞系统。基于所得的稳定性条件，燕山大学工学博士学位论文给出了系统控制器设计的基本准则。针对不确定关联项上界函数可参数化情形，研究了关联非线性时滞系统的分散反馈控制问题，设计了时滞无关的自适应状态反馈控制器，并将结果用于研究标称系统为线性结构，不确定关联项上界为高阶多项式函数的关联时滞系统，设计了相应的自适应反馈控制器。在非线性关联项信息不能精确得到的情形下，研究了系统的自适应模糊控制问题。利用自适应模糊逻辑系统逼

5、近未知非线性函数，设计了分散自适应模糊控制器，使得系统状态渐近趋于平衡点。研究了非线性时滞大系统的分散输出反馈控制问题，针对大系统首先设计了分散观测器，然后基于观测器设计了系统的输出反馈控制器，使得闭环系统渐近稳定。基于该设计思想，进一步研究了具有未建模动态系统的分散输出反馈控制问题，当关联项信息不能完全获得时，设计了神经网络输出反馈控制器，使得闭环系统一致有界稳定。最后，论文研究了一类典型非线性时滞系统--TCP／IP系统的拥塞控制问题。首先考虑到现有文献提出的PI控制算法，存在响应速度慢和动态性能差的缺陷，提出了PID主动队列管理算法。基于时域分析方法，给出了系统指数稳定P

6、ID参数需满足的条件。进一步设计了递推自适应主动队列管理算法，在参数变化范围较大情形下，该算法仍然有很好的控制效果。关键词非线性时滞系统；变结构控制；自适应控制；观测器设计；动态输出反馈控制：关联系统；递推控制；拥塞控制；主动队列管理IIAbstractThecontrolproblemofnonlineartimedelaysystemshasbeenthehotanddi师culttopicinthepresentcontroltheoryinvestigation．Theexistenceoftimedelayrendersthecontrolproblemofnonli

7、nearsystemsmorecomplexanddifficult．Therobustcontrolproblemofnonlinearsystemswithdelaysinthestatewillbefocusedoninthisdissertation．Forthesystemswithdifferentassumptionsonthenonlineartimedelayparts，thecorrespondingfeedbackcontrollersarepresented．Wefi