基于级联切换非线性供应链系统的分析与控制

摘要

本文主要研究了在时延不断变化的情况下级联切换非线性系统的控制问题及在供应链中的应用。在实际工业应用中，由于供应网络在供应商和消费者之间材料的传输经常花费很多时间,那么如何充分利用传输时延和消费者的不确定需求建模、分析和设计非线性供应链系统是尤为重要的课题。Backstepping技术是处理非线性系统常用的方法，该方法是将Lyapunov函数的选取与控制器的设计相结合的一种回归设计方法。通过从系统的最低阶次微分方程开始，引入虚拟控制的概念，一步一步设计满足要求的虚拟控制，最终设计出真正的控制律。但是在使用backstepping技术的过程中出现的中间虚拟控制导数会导致计算复杂度增加。因此为了解决系统中的不确定问题及虚拟控制导数，我们可引入自抗扰技术对其加以处理。本文的主要研究内容包括两部分：第一部分研究了当时变时延存在时，任意切换下的级联切换非线性系统的控制问题，第二部分研究了在不同的库存水平下，将供应链系统建模为非线性系统的控制问题。
　　本文研究工作如下：
　　(1)第一章给出了切换非线性系统、供应链系统的简介以及国内外的研究近况，并介绍了本文的主要研究内容。
　　(2)第二章研究了在时变时延存在的情况下，对级联切换非线性系统的建模和分析。考虑在实际中一般不可忽略时变时延对整个系统的影响，并建立任意切换下的级联非线性系统。由于系统中所考虑的时延是不断变化的，因此关于时延的非线性函数是未知的。为了降低系统的复杂度，可将未知非线性函数当作不确定项处理。然后利用扩张状态观测器和非线性跟踪微分器分别估计和跟踪未知非线性函数及在backstepping设计过程中出现的中间虚拟控制导数。基于backstepping技术设计出的实际控制器，使得系统中的状态及部分跟踪信号在闭环系统中收敛到原点的邻域。最后，通过一个数值例子说明本文所设计的方法是有效的。
　　(3)第三章考虑了在不同库存水平下级联切换非线性供应链系统的控制问题。本文所考虑的供应链系统是含有n个节点的非线性供应链系统，其中第(i+1)个工厂的产品传送到第i(i=1,2,…,n?1)个工厂。由于在实际工业生产中可能存在消费者的不确定需求及产品运输过程中产生的时间延迟等现象，故在本文的系统模型中我们考虑了更符合实际情况的时变时延。此外，对于不同的库存水平，每个工厂的生产率也不同，并且整个系统是在多个模态下运行，因此我们可以利用模糊规则来描述这些模态。考虑到本文中的时延一直是变化的，那么可利用扩张状态观测器来对其进行处理。根据backstepping技术设计出控制器，并证明系统是渐进稳定的。仿真例子进一步证明将该方法应用于非线性供应链系统是有效的。
　　(4)第四章概括总结了本文的主要研究内容，并对今后的研究工作进行了展望。

目录

第一章 引言

§1.2 国内外研究现状

§1.3 主要研究内容

§1.4 预备知识

第二章 具有时变时延的级联切换非线性系统的反推设计

§2.2 主要结论

§2.3 仿真例子

§2.4 本章小结

第三章 基于自抗扰控制技术的非线性供应链系统的反推设计

§3.1 问题描述和建模

§3.2 主要结论

§3.3 仿真例子

§3.4 本章小结

第四章 总结与展望

§4.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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