不确定分布参数系统与随机系统变结构控制设计及应用

摘要

变结构控制出现于20世纪50年代，50年来已经取得了的很大发展。目前，已经形成了一个相对独立的研究分支，成为控制理论的一种重要的设计方法。在一定条件下，设计的滑动模控制律使得系统沿预先设计的滑动流形的滑动运动对系统的参数摄动和外干扰具有不变性。正是这种优异特性使得变结构控制方法受到许多学者的重视。本文研究了不确定分布参数系统、随机系统的变结构控制问题，并运用变结构控制理论，研究了一类带有执行机构船舶航向保持非线性系统。 第一章，我们简单的介绍了变结构控制理论及其发展历史，不确定分布参数系统、随机系统变结构控制的发展概况，以及船舶航向保持控制问题的背景知识。 第二章，研究了一类不确定分布参数系统的变结构控制问题。鉴于基于算子半群理论的研究方法通常会失去系统本身的一些特征，产生较大的误差，本章直接利用系统本身的特征，研究了一类分布参数系统的变结构控制问题。系统模型存在参数摄动和时变时滞双重因素，使得问题更加复杂、困难。提出的含有时滞项和不含有时滞项两种变结构控制律设计方法。这些控制方法不仅能保证系统状念轨迹在有限时间内到达滑动模，而且保证系统的滑动模态指数渐近稳定。给出了数值仿真例子来验证所提出的设计方法的有效性。 在接下来的两章，研究了Ito型随机系统的变结构控制问题。由于随机控制系统能够精确描述系统周围的不确定因素，其理论研究一直受到许多学者的重视。 第三章深入的研究了Ito型集中参数随机系统的变结构控制问题。系统模型考虑了时变时滞、参数摄动以及非线性等多重因素。运用均值、方差概念来定义的滑动模可达性，更能反映系统的随机特征。文中给出了滑动模均方稳定的充分条件，所设计的变结构控制律能够保证滑动模具有可达性。 由于分布参数随机系统控制问题比较复杂，目前，这类系统还没有被深入研究。其原因可能是由于分布参数、随机因素双重复杂性。在第四章，把集中参数随机系统研究方法和变结构控制技术推广到分布参数随机系统，研究两类Ito型分布参数随机系统的变结构控制问题。所设计的变结构控制律能够保证滑动模具有可达性。给出了数值仿真例子，验证了提出控制律的有效性。 第五章，将非线性系统变结构控制方法应用于带有执行机构的船舶航向保持系统。该系统的数学模型满足“三角形系统”形式。这类三角形系统的反馈线性化的充分必要条件要比反馈线性化理论的对合条件易于检验。设计的控制律，可以使得偏航船舶以指数渐近地镇定于设定航向。针对大连海事大学远洋实习船“育龙”号的仿真结果表明，所提出的设计方法是十分有效的。 第六章对论文进行了总结，并提出了一些有重大意义的研究方向。

目录

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摘要

第一章 绪论

1.1变结构控制简单介绍及发展概况

1.1.1变结构控制简单介绍

1.1.2变结构控制发展概况

1.2分布参数系统变结构控制的研究概况

1.3随机系统变结构控制的研究概况

1.4船舶航向控制系统的研究概况

1.5本文的主要研究内容

第二章不确定时变时滞分布参数系统的变结构控制

2.1引言

2.2系统模型描述与有关的引理及定义

2.3滑动模的稳定性

2.3.1切换函数与滑动模方程

2.3.2滑动模的不变性

2.3.3滑动模的指数渐近稳定性

2.4滑动模的可达性

2.4.1含有时滞项的变结构控制律设计与滑动模的可达性

2.4.2不含有时滞项的变结构控制律设计与滑动模的可达性

2.4.3到达模态区的时间估计

2.5仿真

2.6本章小结

第三章不确定半线性随机系统的变结构控制

3.1引言

3.2时变时滞半线性It(o)随机系统的变结构控制

3.2.1系统模型描述及引理

3.2.2滑动模控制律的设计

3.2.3滑动模的可达性

3.2.4滑动模的稳定性

3.2.5数值仿真

3.3不确定时变时滞半线性It(o)随机系统的变结构控制

3.3.1系统模型描述及引理

3.3.2滑动模控制律的设计

3.3.3滑动模的可达性

3.3.4滑动模的稳定性

3.3.5数值仿真

3.4本章小结

第四章分布参数随机系统的变结构控制

4.1引言

4.2分布参数It(o)随机系统的变结构控制

4.2.1系统模型描述

4.2.2滑动模控制律的设计

4.2.3滑动模的可达性

4.2.4滑动模的稳定性

4.2.5数值仿真

4.3时变时滞分布参数It(o)随机系统的变结构控制

4.3.1系统模型描述

4.3.2滑动模控制律的设计

4.3.3滑动模的可达性

4.3.4滑动模的稳定性

4.3.5数值仿真

4.4本章小结

第五章带有执行机构的船舶航向非线性系统的变结构控制

5.1引言

5.2带有执行机构的船舶航向保持非线性系统的数学模型及其正则型

5.3带有执行机构的船舶航向保持非线性系统的变结构控制律设计

5.4仿真研究

5.5本章小结

第六章全文总结

6.1本文的主要研究成果

6.2有待解决的若干问题

符号索引

参考文献

致谢

攻读博士学位期间论文发表情况

攻读博士学位期间科研参加情况