【摘要】：狀態(tài)反饋在系統(tǒng)的極點配置、鎮(zhèn)定、解耦及跟蹤控制等各種綜合問題的工程實現(xiàn)中具有重要的作用。但由于實際系統(tǒng)自身的原因或者測量手段在經濟性或技術上的限制,一般情況下很難獲得系統(tǒng)狀態(tài)的全部信息,解決這一問題的有效方法是重構系統(tǒng)的狀態(tài),并利用重構的狀態(tài)代替原系統(tǒng)狀態(tài)進行反饋控制設計。觀測器設計問題即是研究系統(tǒng)狀態(tài)重構的一個具有重要的理論和現(xiàn)實意義的研究課題。自上世紀六七十年代Kalman和Luenberger提出了對線性系統(tǒng)的觀測器設計方法以來,觀測器設計問題一直是現(xiàn)代控制理論和控制工程中的一個熱點問題。雖然觀測器設計理論研究在過去的幾十年里取得了大量的研究成果,但隨著社會的發(fā)展進步,人們在生產、生活實踐中遇到的控制問題越來越復雜,系統(tǒng)中常常伴隨有非線性、時滯、脈沖及不同模態(tài)的混雜等現(xiàn)象的出現(xiàn),這使得控制系統(tǒng)的結構和動態(tài)行為變得更為復雜。因此,針對日益復雜的控制系統(tǒng),進一步完善、深入研究和發(fā)展觀測器設計理論和方法具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文研究幾類觀測器的設計問題,研究的主要內容包括未知輸入觀測器設計、間歇觀測器設計及脈沖觀測器設計。具體的研究工作如下。第一章為緒論,主要簡述了觀測器設計理論的發(fā)展概況及近十年來的研究現(xiàn)狀。并對本文研究問題產生的背景、意義及本文所涉及到的一些基本知識作簡要介紹。第二章研究了一類具有未知輸入的切換線性系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器設計問題。首先通過一種“解耦”的狀態(tài)變換消除未知輸入對系統(tǒng)狀態(tài)重構的影響,再對變換后的新系統(tǒng)設計了相應的降階觀測器。采用切換時變Lyapunov函數方法分析了相應誤差系統(tǒng)的穩(wěn)定性,得到了估計狀態(tài)指數收斂于初始狀態(tài)的充分條件,觀測器增益矩陣可通過求解相應的線性矩陣不等式(LMI)得到。所得結果改進了已有文獻中的相關結果。第三章研究了連續(xù)和離散時間線性系統(tǒng)的間歇觀測器設計問題。針對間歇控制的特點,采用切換時變Lyapunov函數分析相應觀測誤差系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于連續(xù)時間線性系統(tǒng),得到能用LMI表示的觀測器存在的充分條件及觀測器反饋增益矩陣的計算方法。而對于線性離散時間系統(tǒng),也得到了觀測器存在的矩陣不等式條件以及在公共Lyapunov函數方法下的觀測器反饋增益矩陣的求法。最后,給出連續(xù)和離散情形的間歇觀測器設計的數值仿真算例。第四章首先考慮了一類Lipschitz非線性連續(xù)時間系統(tǒng)的間歇觀測器設計問題。采用切換時變I函數方法結合凸組合技術,得到了相應誤差系統(tǒng)指數穩(wěn)定的充分條件,且可以通過求解一組LMI得到觀測器的增益矩陣。其次,研究了一類非線性連續(xù)時間時滯系統(tǒng)的間歇觀測器設計問題。對系統(tǒng)具有有界狀態(tài)時滯和有界可微的狀態(tài)時滯的兩種情形,分別采用Razumikhin 和 Lyapunov- Krasovskii技術得到了用LMI表示的觀測器收斂條件和觀測器設計方法。最后,將所提的方法應用于Chua's電路等復雜系統(tǒng)的間歇觀測器設計,仿真結果表明,理論結果與實例分析相吻合。第五章研究了一類滿足單邊Lipschitz條件的非線性連續(xù)時間系統(tǒng)的脈沖觀測器設計問題。采用時變Lyapunov函數方法得到具有可變更新區(qū)間的脈沖觀測器存在的充分條件,觀測器增益矩陣可通過求解相應的LMI得到。數值仿真算例表明,所提出的方法相比傳統(tǒng)Lipschitz條件下觀測器設計方法具有更廣的應用范圍。最后對全文的研究內容進行總結,并提出了若干有待進一步研究的問題。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP13

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 孫希明,陳兵,孫文安,趙軍;一類中立時滯系統(tǒng)時滯相關觀測器的設計[J];東北大學學報;2005年04期

2 姜建芳,向崢嶸;一類非線性系統(tǒng)的魯棒狀態(tài)觀測器[J];南京理工大學學報(自然科學版);2001年06期

3 李繁飆;石碰;蘇曉杰;;不確定半馬爾可夫跳變系統(tǒng)的滑模觀測器設計[J];系統(tǒng)科學與數學;2014年10期

本文編號：2802367