区间观测器及其控制系统研究

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1、村雜＃續；ｆ之乂葦ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ博±学位论文？—－＂区间观测器及其控制系统研究作者姓名何忠伟学科专业控制理论与控制工程指导教师谢巍教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期２０１５年１２月ResearchonIntervalObserveranditsControlSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate:HeZhongweiSupervisor:Prof.XieWei

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China３学校代号：１０５６１分类号：ＴＰ２７２０１２１０１０２３２８学号：华南理工大学博±学位论文区间观测器及其控制系统研究’名：、职称谢巍教授作者姓名：何忠伟指导教师姓申请学位级别：工学博±学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：控制系统分析与综合论文提交日期０：２０１（：２ＬＴ年巧日论文答辩日期年若月占日／６０Ｃ？学位授予单位：２１６年ｆ月日：华南理工大学学位授予日期■答辩委员＾员；＾主席；委员：心卿＾冷马隻Ｉ］华南理工大学

3、学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈遠導论文是本人在导师的指导下独立进行研究所＾，本论文不包含任取得的研巧成果。除了文中特别加标注引用的内容外何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研巧做出重要贡。献的个人和集体，巧己在文中明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。■作者签名心曰期：又Ｗ《年多月／矣曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文

4、被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可＾＾＾公布学位论文的全部或。、它保、编学位论文１缩或其复制手段存汇容，＾＾允许采用影印印部分内可一致。的内容和纸质论文的内容相本人电子文档于：本学位论文属适。用本授权书□保，在年解密后密和的单，学校有共享协议口网上发布供校内师生与保密同意在校园不，全盘版电子杂志社文出意论文提交中国学术期刊光位览将本人学位（）浏；同分。内容识总，播学位论文的全部或部ＣＮＫＪ《资源库》传版编入中国知和＂＂心＾＾＾上相应方框内打请在）（＊、ｌ；ｂ＾教１日期：；作者签名饰灰味＾日期签；心，指导教师名瓜＾１以．￡摘

5、要近几十年来，观测器设计及其控制系统研究逐步成为了控制理论界的重要研究课题之一，并且在许多方面得到广泛的应用，如系统监控、过程辨识及故障检测等。然而，实际系统模型的完整信息不可获取，且存在外部干扰或噪声使得测量值不可靠，通过考虑用适当的区间来替代单一的测量值，相关学者提出了观测器设计新方法-区间观测器。不同于经典状态观测器设计要求观测器误差动态系统收敛到零，区间观测器只须设计观测器增益使得误差动态系统为非负的，且仅须设计误差动态系统矩阵为Metzler矩阵就可保证非负性。鉴于区间观测器设计具有重要的理论研究意义和实际应用价值，本文对其进行了深入的研究。本文主要的研究工作如下：1.针

6、对一类线性连续系统，设计了Luenberger型区间观测器，该方法的特点是，先对线性系统进行初等变换得到系统的正实现，再对正系统设计Luenberger型区间观测器，其设计思路保证了观测器增益矩阵的存在性。与已有的区间观测器研究方法不同的是，本文还尝试利用正系统的比较原理针对线性离散系统设计了一类区间观测器，该设计方法有效地解决了观测器增益矩阵的存在性问题。2.鉴于已有的研究成果,在设计区间观测器过程中要求观测器误差动态系统矩阵为Metzler矩阵，从而成功设计区间观测器依赖于观测器增益矩阵的存在性。为此，本文首次以线性矩阵不等式的形式描述了Metzler矩阵，得到了区间观测器增益

7、矩阵存在性判定条件,并通过对非线性系统的L2增益性能问题的讨论表明该方法的保守性更小。3.研究了线性参数变化系统的区间观测器设计问题，首先设计了时变区间观测器系统及系统增益调度控制器；其次,基于多胞LPV模型的线性参数变化系统结构特征，给出了有限个以线性矩阵不等式表述的镇定性条件。相比较于已有的研究成果针对仿射LPV模型的线性参数变化系统设计区间观测器，须给定满足Metzler矩阵的观测器增益矩阵，而本文所提出的方法可以同时进行设计观测器增益和增益调度控制器。最后，仿