毕设外文翻译-非线性时变系统的稳定性和鲁棒性

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时变时滞离散广义markov跳变系统的鲁棒稳定性

时变时滞离散广义markov跳变系统的鲁棒稳定性

时变时滞离散广义markov跳变系统的鲁棒稳定性时变时滞离散广义Markov跳变系统是一种具有时滞和跳变特性的非线性系统,它具有很多应用价值,因此,研究这类系统的鲁棒稳定性就显得尤为重要。

1. 定义所谓时变时滞离散广义Markov跳变系统,是指将时滞、跳变等动态特征结合起来而形成的一种系统,其中包括了状态转移矩阵、输出函数以及时滞参数等。

该系统可以通过改变其中的参数来模拟不同的动态行为,从而实现系统的跟踪控制,使其能够较好地抗干扰,保持系统的稳定性。

2. 鲁棒稳定性时变时滞离散广义Markov跳变系统的鲁棒稳定性是指当系统受到外界干扰时,系统可以保持其原有的稳定性。

鲁棒稳定性是系统设计的一个重要指标,是系统抗干扰性能的重要内容。

3. 研究方法要研究时变时滞离散广义Markov跳变系统的鲁棒稳定性,首先要建立系统的数学模型,然后要进行参数估计,确定系统的参数,以便研究系统的稳定性。

参数估计可以采用梯度下降法,即通过对系统的参数进行迭代调整,使其能够较好地拟合系统的实际数据,从而有效地估计出系统的参数。

4. 稳定性分析在参数估计之后,就可以开始分析系统的稳定性了。

对于时变时滞离散广义Markov跳变系统而言,要分析其鲁棒稳定性,可以通过Lyapunov函数的方式来分析。

Lyapunov函数是一种可以表示系统状态变化的函数,通过对Lyapunov函数的变化情况进行分析,可以得出系统的稳定性,从而确定系统的鲁棒稳定性。

5. 抗干扰控制一旦确定了系统的鲁棒稳定性,就可以采用抗干扰控制的方法来改善系统的性能,从而使系统能够抗干扰,保持稳定。

抗干扰控制的方法可以采用滤波、预测、非线性等方法,通过控制系统的输入和输出,使系统能够抗干扰,从而保持系统的稳定性。

6. 总结总而言之,时变时滞离散广义Markov跳变系统的鲁棒稳定性是指当系统受到外界的干扰时,系统可以保持其原有的稳定性。

要研究时变时滞离散广义Markov跳变系统的鲁棒稳定性,首先要建立系统的数学模型,然后要进行参数估计,并通过Lyapunov函数分析系统的稳定性,最后采用抗干扰控制的方法来改善系统的性能,从而使系统能够抗干扰,保持稳定性。

本科毕业论文外文翻译【范本模板】

本科毕业论文外文翻译【范本模板】

本科毕业论文外文翻译外文译文题目:不确定条件下生产线平衡:鲁棒优化模型和最优解解法学院:机械自动化专业:工业工程学号: 201003166045学生姓名: 宋倩指导教师:潘莉日期: 二○一四年五月Assembly line balancing under uncertainty: Robust optimization modelsand exact solution methodÖncü Hazır , Alexandre DolguiComputers &Industrial Engineering,2013,65:261–267不确定条件下生产线平衡:鲁棒优化模型和最优解解法安库·汉泽,亚历山大·多桂计算机与工业工程,2013,65:261–267摘要这项研究涉及在不确定条件下的生产线平衡,并提出两个鲁棒优化模型。

假设了不确定性区间运行的时间。

该方法提出了生成线设计方法,使其免受混乱的破坏。

基于分解的算法开发出来并与增强策略结合起来解决大规模优化实例.该算法的效率已被测试,实验结果也已经发表。

本文的理论贡献在于文中提出的模型和基于分解的精确算法的开发.另外,基于我们的算法设计出的基于不确定性整合的生产线的产出率会更高,因此也更具有实际意义。

此外,这是一个在装配线平衡问题上的开创性工作,并应该作为一个决策支持系统的基础。

关键字:装配线平衡;不确定性; 鲁棒优化;组合优化;精确算法1.简介装配线就是包括一系列在车间中进行连续操作的生产系统。

零部件依次向下移动直到完工。

它们通常被使用在高效地生产大量地标准件的工业行业之中。

在这方面,建模和解决生产线平衡问题也鉴于工业对于效率的追求变得日益重要。

生产线平衡处理的是分配作业到工作站来优化一些预定义的目标函数。

那些定义操作顺序的优先关系都是要被考虑的,同时也要对能力或基于成本的目标函数进行优化。

就生产(绍尔,1999)产品型号的数量来说,装配线可分为三类:单一模型(SALBP),混合模型(MALBP)和多模式(MMALBP)。

非线性系统的稳定性与鲁棒性分析方法研究

非线性系统的稳定性与鲁棒性分析方法研究

非线性系统的稳定性与鲁棒性分析方法研究摘要:非线性系统的稳定性与鲁棒性分析是探究非线性系统行为的关键问题之一。

本文将重点研究非线性系统的稳定性和鲁棒性分析方法,介绍了常见的非线性系统的稳定性分析方法包括线性化方法、Lyapunov稳定性理论和Lasalle不变集方法,并分析了它们的优缺点。

鲁棒性分析方法包括Lyapunov鲁棒性理论和滑模控制等方法。

最后,通过案例分析展示了非线性系统的稳定性和鲁棒性分析方法的应用。

引言:非线性系统是现实世界中大多数系统的数学模型,如机械系统、电气系统、化学系统以及生物系统等。

非线性系统由于其非线性特性,使得其行为分析更加复杂。

因此,对非线性系统的稳定性和鲁棒性进行研究具有重要意义。

稳定性分析是研究系统在某些条件下是否趋向于平衡状态的问题。

鲁棒性分析则是研究系统对于参数扰动和不确知性的抵抗能力。

本文将系统地介绍非线性系统的稳定性和鲁棒性分析方法,以增强对非线性系统行为的理解。

一、非线性系统的稳定性分析方法1. 线性化方法线性化方法是一种将非线性系统近似为线性系统的稳定性分析方法。

它通过在系统某个工作点附近将非线性系统线性化,并应用线性系统的稳定性分析方法进行分析。

线性化方法的优点在于简单易用,但是只能分析系统在某个工作点附近的稳定性,不能保证对于整个系统范围都成立。

2. Lyapunov稳定性理论Lyapunov稳定性理论是一种常用的非线性系统稳定性分析方法。

它基于Lyapunov函数的概念,通过构造一个满足一定条件的Lyapunov函数来推断系统的稳定性。

Lyapunov稳定性理论可以分为稳定性、不稳定性和渐近稳定性三种类型。

其中,渐近稳定性是非线性系统最理想的稳定性行为。

Lyapunov稳定性理论的优点在于可以广泛应用于各种非线性系统,并可以通过选择合适的Lyapunov函数进行分析。

3. Lasalle不变集方法与Lyapunov稳定性理论类似,Lasalle不变集方法也是一种判断非线性系统稳定性的方法。

鲁棒控制理论与应用 第五章 系统的稳定性和鲁棒性能分析

鲁棒控制理论与应用 第五章 系统的稳定性和鲁棒性能分析

第五章 系统的稳定性和鲁棒性能分析5.1 BIBO 稳定性对实际工程中的动态系统来讲,稳定性是最基本的要求。

一般的稳定性含义有两个。

一个是指无外部信号激励的情况下,系统的状态能够从任意的初始点回到自身所固有的平衡状态的特性。

另一种定义是指在有外部有界的信号激励下,系统的状态,或输出,响应能够停留在有界的范围内。

对于线性系统,这两个稳定性定义是等价的,但是对一般的非线性系统则不是等价的。

前者称为Lyapunov 稳定,而后者称为BIBO 稳定。

本小节我们先考虑BIBO 稳定性。

假设系统H 由如下状态方程来描述: (5.1.1)⎩⎨⎧==),(),(u x h y u x f xH &:如图5.1.1所示,是系统的内部状态,u 和分别是外部输入信号和输出信号。

设输入信号u 属于某一个可描述的函数空间U 。

那么,对于任意nR t x ∈)(y U u ∈,系统H 都有一个输出响应信号y 与之对应,为了简单起见,记其对应关系为(5.1.2)Hu y =显然,系统Σ对应于的输出响应信号的全体同样地构成一个空间,记为Y 。

因此,从数学的意义上讲,系统U u ∈H 实际上是输入函数空间U 到输出函数空间的一个映射或算子。

这也表明,我们可以更加严格地使用算子理论来研究系统Y H 的性质。

定义5.1.1 设为关于时间)(t u ),0[∞∈t 的函数,则的截断的定义为 )(t u )(t U T (5.1.3)⎩⎨⎧>≤≤=T t Tt t u t u T ,00),()(定义5.1.2 若算子H 满足(5.1.4) T T T Hu Hu )()(=则称算子H 是因果的。

而式(5.1.4)称为因果律。

因果算子的物理意义很明确,即T 时刻的输入并不影响))((T t t u >T 时刻以前的输出响应。

T Hu )(定义 5.1.3 设算子H 满足p T p T L u L HU ∈∀∈,)(。

毕业设计-质量弹簧阻尼系统的鲁棒稳定性分析

毕业设计-质量弹簧阻尼系统的鲁棒稳定性分析

毕业设计(论文)任务书课题名称质量弹簧阻尼系统的鲁棒稳定性分析学院专业班级姓名学号毕业设计(论文)的主要内容及要求:1.通过大量阅读文件,对质量弹簧阻尼系统,T-S模糊系统及鲁棒控制稳定性等有总体认识。

2.在已有的质量弹簧阻尼系统模型和T-S模糊控制等理论基础上,采用模糊化技术将质量弹簧阻尼系统转化为T-S模糊系统进行研究。

3.在已有的T-S模糊系统基础上,考虑参数变化时的情况,设计带有参数不确定的连续时间T-S模糊系统来建立质量-弹簧-阻尼非线性系统的模型。

4.采用模糊化原理,并行分布补偿机制,Lyapunov-Krasovskii稳定性原理及其线性矩阵不等式(LMI)方法针对上述模型设计一个模糊状态反馈控制器,使得所考虑的闭环系统是一致渐近稳定的。

5.将课题中研究得到的算法和得到的结果,采用Matlab中的LMI工具箱进行编程仿真, 以说明所得结果的有效性,从而验证质量-弹簧-阻尼非线性系统的鲁棒稳定性。

6.翻译一篇与本课题有关的英文资料。

指导教师签字:填写说明:"任务书"封面请用鼠标点中各栏目横线后将信息填入,字体设定为楷体-GB2312、四号字;在填写毕业设计(论文)内容时字体设定为楷体-GB2312、小四号字。

质量弹簧阻尼系统的鲁棒稳定性分析摘要本文针对一个简单的质量-弹簧-阻尼非线性系统进行了鲁棒稳定性分析。

为了便于分析,我们通过一些模糊化的技术将其转化为一个T-S模糊系统,在考虑到大多数实际情况下,系统参数因在系统运行过程中存在参数的变化。

进而用带有参数不确定的连续时间T-S模糊系统来建立质量-弹簧-阻尼非线性系统的模型。

针对这一模型利用针对T-S模糊模型方法,Lyapunov-Krasovskii稳定性原理及其线性矩阵不等式(LMI)方法设计一个模糊状态反馈控制器,使得所考虑的闭环系统是一致渐近稳定的。

最后,将课题中研究得到的算法和得到的结果,采用Matlab中的LMI工具箱进行编程仿真, 以说明所得结果的有效性,从而验证质量-弹簧-阻尼非线性系统的鲁棒稳定性。

电力系统的稳定性辨识与鲁棒控制方法研究

电力系统的稳定性辨识与鲁棒控制方法研究

电力系统的稳定性辨识与鲁棒控制方法研究下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。

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非线性控制系统鲁棒性分析

非线性控制系统鲁棒性分析

非线性控制系统鲁棒性分析随着现代科技的不断进步,控制系统的发展也日益迅速。

非线性控制系统作为一种新兴的控制系统,逐渐成为控制领域的热门研究对象。

在非线性控制系统的设计和应用中,鲁棒性分析是一个十分重要的问题。

下面我们就来探讨一下非线性控制系统鲁棒性分析的相关问题。

第一部分:非线性系统的鲁棒控制非线性控制系统是指在系统的运行过程中,该系统所涉及到的运动学和动力学参数是不确定和变化的。

由于非线性控制系统的特殊性,使得该系统容易受到外部干扰和内部失配的影响。

因此,鲁棒控制策略的研究对非线性控制系统至关重要。

在研究鲁棒控制策略的过程中,重要的一点是鲁棒性的评价指标的选取。

通常采用的指标包括sensitivity函数、complementary sensitivity函数、marginal stability margin和robustness margin等。

其中,sensitivity函数包括系统性能和系统鲁棒性两个方面,是鲁棒控制中的重要概念。

达到系统性能指标和鲁棒性指标的平衡,是非线性控制系统设计的终极目标。

第二部分:鲁棒控制中的常见方法考虑到非线性控制系统性能和鲁棒性两个方面的平衡,鲁棒控制策略的研究通常采用的方法有:H(无穷)鲁棒控制、线性矩阵不等式(LMI)、李雅普诺夫技术以及统计鲁棒控制等。

通过对H(无穷)鲁棒控制的研究,可以清楚地看到该方法的特点:通过将非线性控制系统转化为线性鲁棒控制问题,使得该方法既考虑了系统性能,又考虑了系统鲁棒性。

但是,该方法应用范围有限,只能用于一些已知线性模型的鲁棒控制。

除了H(无穷)鲁棒控制外,LMI、李雅普诺夫技术以及统计鲁棒控制等方法,在鲁棒控制中也有广泛的应用。

在选择方法时,重要的一点是要根据系统的特性进行选择,合理地平衡系统性能和鲁棒性。

第三部分:非线性系统的稳定控制非线性系统的稳定性一直是非线性控制系统研究的重点问题之一。

在控制系统实际操作过程中,保持系统的稳定性,是实现系统优化控制和应用的前提。

未知控制方向非线性时滞系统部分状态反馈鲁棒自适应控制

未知控制方向非线性时滞系统部分状态反馈鲁棒自适应控制

未知控制方向非线性时滞系统部分状态反馈鲁棒自适应控制刘涛;李俊民【摘要】A robust partial-state feedback asymptotic regulating control scheme is developed for a class of time-varying nonlinear systems with unknown control coefficients and unknown time delays. The partial-state feedback asymptotic regulating control scheme has been introduced to deal with the uncertainties of the system. By constructing appropriate Lyapunov-Krasovskii functionals, the unknown time-delay terms are compensated in the controller design procedure. Nussbaum-type functions are used to solve the problem of the unknown control direction. The designed control scheme can ensure that all the signals of the closed-loop system are bounded. Especially, all the system states converge to zero asymptotically. Finally, the design procedure is illustrated through an example and the simulation results show that the proposed controller is feasible and effective.%针对一类带有未知控制方向的时变非线性系统的部分状态渐近鲁棒调节问题,文中采用部分状态反馈渐进调节的控制算法来处理系统中的不确定性,利用Lyapunov-Krasovskii泛函来处理系统中的时滞项,通过Nussbaum型函数来处理系统中的未知控制方向问题.我们基于反推技术给出了部分状态反馈控制器的设计步骤,所设计的控制器使得闭环系统的所有信号都是有界的,而且使系统的状态渐进收敛于零.仿真实例说明了控制器的有效性和可行性.【期刊名称】《工程数学学报》【年(卷),期】2011(028)006【总页数】7页(P756-762)【关键词】未知控制方向;非线性系统;部分状态反馈;鲁棒控制【作者】刘涛;李俊民【作者单位】西安电子科技大学理学院,西安710071;西安电子科技大学理学院,西安710071【正文语种】中文【中图分类】TP2731 引言在具有未知控制方向的自适应控制中,设计控制器时Nussbaum型函数常被用来处理系统的未知控制方向[1-5].在现实中,时滞项经常存在于系统中,它会导致控制性能的降低从而使得系统的稳定问题变得更加的困难.基于Nussbaum型函数和Lyapunov-Krasovskii泛函,文献[6,7]实现了对含有未知控制方向和时滞的非线性系统的自适应控制.然而,上述文章很少研究具有时滞的级联非线性时变系统的渐进调节问题,本文将控制方向未知问题的控制理论推广到一类时滞非线性时变系统.利用部分状态调节控制器来保证闭环系统的所有信号是有界的,并且能够保证系统的状态渐近收敛于零.最后,我们用一个仿真实例来说明控制器的有效性和可行性.部分状态反馈的方法在具有执行器动态和传感器动态的系统中具有重要的应用.2 问题描述和预备知识考虑如下的非线性系统其中ζ∈R m表示系统的不可测状态,x=[x1,x2,···,xn]T∈R n表示系统的可测状态,其初始值分别为ζ(t0)=ζ0,x(t0)=x0;u∈R和y∈R 分别是系统的输入和输出;ω∈R s是扰动且是有界的,即存在未知正常数θ,使得∥ω∥≤θ;函数f 0:[t0,+∞]×R m×R→R m和h0:[t0,+∞]×R m×R→ R m×s关于变量是连续函数,且当t∈[t0,+∞],f 0(t,0,0)=0;函数ψi,f i:[t0,+∞]×R m×R n×R → R,i=1,2,···,n,h i:[t0,+∞]×R m×R n×R →R s,i=1,2,···,n,关于t是连续函数,关于其它变量是局部Lipschitz的,τi,i=1,2,···,n,为未知有限常时滞,当t∈ [t0,+∞]时,f i(t,0,0)=0,h i(t,0,0)=0,ψi(t,0)=0,i=1,2,···,n.对于系统(1),我们假设以下条件成立:假设1 存在连续可微的Lyapunov函数U0(t,ζ),K∞类函数κ1,κ2,以及正常数c0i,i=1,2,使得其中ρ(y)>0是已知的光滑函数.假设2存在未知常数c i1>0和已知光滑函数φi(¯x i)>0,使得假设3存在未知常数c i2>0和已知光滑函数ϕi(¯x i)>0,使得假设4 存在未知常数c>0和已知光滑函数σi(y(t−τi))>0,使得假设5 时变参数g i(t)在未知闭区间I i=[,]内取值,且0∈/I i,i=1,2,···,n,g i(t)的符号是未知的,即控制方向未知.注1假设2和假设3是对系统中的非三角结构项给出的条件,当假设2中φi(x¯ i)=1,且系统(1)中不存在时滞项和干扰项,而且为未知常数时,文献[8,9]解决了系统(1)的输出反馈调节问题.假设4是为了处理系统中的延时项而给出的,比文献[10]中的假设更具有一般性.假设5表明文中的控制方向未知,我们将引用Nussbaum函数来处理.如果N(η)是Nussbaum函数,则它具有下列性质在文中,取Nussbaum函数为N(η)=exp(η2)cos(πη/2).3 控制器设计和主要结果本节将给出系统的渐进调节控制器的设计和系统稳定性的分析,设计过程包括n 步,在文中给出如下的虚拟控制器和更新率其中=[η1,η2,···,ηi],z i=x i− αi−1,i=1,2,···,n,并且α0=0,在设计过程的最后一步,控制器u将被设计出来,设计过程将以递推的方式给出.第1步取Lyapunov函数为则由假设1、假设2及假设3,可得其中Θ1=max{∆2/c01,c02,1,c2}≥ 1,∆ =max{c i1,c i2θ,i=1,2,···,n}为未知常数.取其中是光滑的函数.定义变量z2=x2−α1,则由(3),(4)两式可得其中b i=max(|,),i=1,2,···,n,是未知常数.第k步取Lyapunov函数则函数关于时间的导数满足由(2)式可以找到一个光滑函数Φk,Ψk满足如下不等式则将(7)和(8)式代入(6)式,可得其中为未知常数.取其中βk(,−1)为光滑函数,把(10),(11)两式代入(9)式,则可得第n步当k=n时,选择如下的u,ηn和Lyapunov函数V n:其中z n=x n−αn−1,βn,−1)≥1,从而可得对于以上的分析,我们可概括为如下定理.定理1 如果假设1至假设5都满足,并将以上的设计步骤应用到系统(1),并且满足初始条件,则闭环系统的所有信号在[t0,∞)上都是有界的,并且对状态渐进调节是能达到的,即ζ(t)=x(t)=0.证明由于设计的控制器是光滑的,所以闭环系统解在最大的时间区间[t0,t f).从上面的设计过程可得其中对上式进行积分得以下的证明过程和文献[12]类似,由(16)式可得V k,ηk,1≤k≤n,在区间[t0,t f)是有界的.由V k可得ζ,z k,1≤k≤n,在区间[t0,t f)是有界的;由(2)式可得xk,1≤k≤n,是有界的.因此,闭环系统的所有信号在[t0,t f)都是有界的,综上可得闭环系统所有信号有界,没有发生逃逸现象,因而t f=∞.由x k(t)和ηk(t),1≤k≤n,的有界性,可得u(t)和|x˙(t)|是有界的;而由x k(t)和zk(t)的有界性可知αk(t),η˙k(t),1≤k≤n,也是有界的.因此|z˙(t)|是有界的并且|z(t)|2是一致连续的,从而z(t)|=0.利用z k(t)的定义和ηk(t),1≤ k≤ n,的有界性,可以得到|x(t)|=0;因此|x k(t)|=0,1≤k≤n.因为|ζ˙(t)|是有界的,因此|ζ(t)|2是一致连续的,利用假设1和Barbalat引理可以证得|ζ(t)|=0.从而定理1得证.4 仿真实例下面给出一个例子来说明控制算法的有效性.考虑有未知控制方向的系统其中ω(t)是有界的,g1(t)和g2(t)是未知的时变参数,g i(t)在未知的闭区间I i内取值且0/∈I i,i=1,2,g i(t)的符号是未知的.假设状态(x1,x2)是可测的,状态ζ是不可测的.在实际应用中,ζ子系统往往看做实际系统的执行器动态,x子系统是被控对象,在具有执行器动态的系统中,往往通过被控系统的状态来实现对整个系统的控制.问题的目标是设计一个部分状态控制率来解决系统(17)的渐近调节问题.可以证得系统(17)满足定理1的假设,取U0(t,ζ)= κ1(∥ζ∥)= κ2(∥ζ∥)= ζ2/2,根据设计步骤构造以下光滑的渐近调节控制器仿真中选择初始条件为ζ(0)=0.2,x2(0)=0.2,(η1(0),η2(0))=(1,1),当−2 ≤ t≤ 0时,y(t)=0.2.图1和图2是仿真的结果,由图2可以看出,该系统的所有状态都调节为零,由图2可以看出系统其它所有信号都是有界的,说明控制算法是有效的.图1: 控制曲线u图2: 状态ζ,x 1,x 2的轨迹5 结论本文研究了一类具有未知控制方向的时滞非线性时变系统的鲁棒渐近调节问题.文中利用Lyapunov-Krasovskii函数来处理系统中的时滞项,利用部分状态控制器来保证闭环系统的所有信号都是有界的,并且保证系统状态是渐近调节的.仿真实例说明了所设计部分状态反馈渐近调节控制算法的有效性.参考文献:【相关文献】[1]Ye X D,Jiang J P.Adaptive nonlinear design without a priori knowledge of control directions[J].IEEE Transactions on Automatic Control,1998,43(11):1617-1621[2]Ding Z.Adaptive control of nonlinear systems with unknown virtual control coeffi cients[J].International Journal of Adaptive Control and Signal Processing,2000,14(5):505-517[3]Ye X D.Adaptive nonlinear output-feedback control with unknown high-frequency gain sign[J].IEEE Transactions on Automatic Control,2001,46(1):112-115[4]Ge S S,Wang J.Robust adaptive tracking for time-varying uncertain nonlinear systems with unknown control coeffi cients[J].IEEE Transactions on AutomaticControl,2003,48(8):1463-1469[5]Wang Q D,Wei C L,Wu Y Q.Asymptotic regulation of cascade systems with unknown control directions and nonlinear parameterization[J].Journal of Control Theory and Applications,2009,7(1):51-56[6]Ge S S,Wang J.Robust adaptive neural control for a class of perturbed strict feedback nonlinear systems[J].IEEE Transactions on Neural Networks,2002,13(6):1409-1419[7]Ge S S,Hong F,Lee T H.Robust adaptive control of nonlinear systems with unknown time delays[J].Automatic,2005,41(7):499-516[8]Shang F,Liu Y G.Output-feedback control for a class of uncertain nonlinear systems with linearly unmeasured states dependent growth[J].Acta Automatic Sinica,2009,35(3):272-280[9]Shang F,Liu Y G,Zhang C H.Adaptive output-feedback control for a class of planar nonlinear systems[J].Asian Journal of Control,2009,11(5):578-586[10]Liu Y G.Output-feedback adaptive control for a class of nonlinear systems with unknown control directions[J].Acta Automatic Sinica,2007,33(12):1306-1312。

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外文资料翻译学院(系):电子信息工程系专业:自动化学生姓名:卢艳班级:092202H学号: 200922060212采样数据模型预测控制非线性时变系统的:稳定性和鲁棒性概要:我们这里所叙述的是采样数据模型预测控制的框架,使用连续时间模型,但采样的实际状况以及为计算控制的状态,进行了在离散instants的时间。

在此框架内可以解决一个非常大的一类系统,非线性,时变的,非完整。

如同在许多其他采样数据模型预测控制计划,barbalat的引理一个重要的角色,在证明的名义稳定的结果。

这是争辩这泛barbalat的引理,形容这里,可以有也类似的的作用,在证明的鲁棒稳定性的结果,也允许以解决一个很一般类非线性,时变的,非完整系统,受到的干扰。

那个的可能性的框架内,以容纳间断的意见是必要的实现名义的稳定性和鲁棒稳定性,例如一般类别的系统。

1 引言许多模型预测控制(MPC)计划描述,在文献上使用连续时间的模型和样本状态的在离散的instants 时间。

见例如[3,7,9,13] ,也是[6] 。

有许多好处,在考虑连续时间模型。

不过,任何可执行的模型预测控制计划只能措施,状态和解决的优化问题在离散instants的时间。

在所有的提述,引用上述情况, barbalat的引理,或修改它,是用来作为一个重要步骤,以证明稳定的MPC的计划。

( barbalat的引理是众所周知的和有力的工具,以推断的渐近稳定性的非线性系统,尤其是时间变系统,利用Lyapunov样的办法; 见例如[17]为讨论和应用)。

显示模型预测控制的一项战略是稳定(在名义如此),这表明,如果某些设计参数(目标函数,码头设置等),方便的选定,然后价值函数是单调递减。

然后,运用barbalat的引理,吸引力该轨迹的名义模型可以建立(i.e. x(t) →0 as t →∞).这种稳定的状态可以推断,一个很笼统的类非线性系统:包括时变系统的,非完整系统,系统允许间断意见,等此外,如果值函数具有一定的连续性属性,然后Lyapunov稳定性(即轨迹停留任意接近的起源提供了足够的密切开始向原产地)也可以得到保障(见例如[11])。

不过,这最后的财状态可能否则就不可能实现,为某些类别的系统,例如汽车一样,车辆(见[8]为讨论这个问题,这个例子)。

类似的做法,可以用来推断鲁棒稳定的货币政策委员会系统允许的不确定性。

后建立的单调减少的价值功能,我们会要保证状态的轨迹渐近办法订定一些载有原产地。

但是,遇到的困难是,预测的轨迹,只有刚好与由此产生的轨迹在特定的抽样instants 。

鲁棒稳定性能可以得到,因为我们显示,用一种广义的版本barbalat的引理。

这些鲁棒稳定性结果也有效期为一个很一般类非线性时变系统的允许间断的意见。

最优控制有待解决的问题与模型预测控制的战略是在这里制定了非常笼统的受理套管制(例如,可衡量的控制职能),使更容易保证,在理论上讲,存在的解决办法。

不过,某种形式的有限参数的控制功能需要/可取的解决上线的优化问题。

它可以证明即稳定或鲁棒性的结果在这里所描述的仍然有效,当优化进行了有限的参数化的管制,如分段常数控制(如在[13]),或帮邦间断反馈(如在[9])。

2 采样数据MPC的框架内我们会考虑一种非线性的静态具有输入与状态的限制,凡变化的状态后,时间t0 ,预计由以下模型。

数据模型,这包括了一套包含所有可能的初始状态在最初的时间,矢量这是状态的测量时间,某一函数f :一套的尽可能控制值。

我们假设这个制度,以渐近的可控性对,并为所有我们进一步假设函数f是连续的和局部Lipschitz方面的第二个论点。

注意到,在区间控制值的选定是由单身人士因此,优化的决定,都是进行在区间与预期的效益,在计算时间。

乐谱在这里通过的是如下。

可变吨代表的实时同时,我们保留S来表示的时间变量,用于在预测模型。

那个矢量xt是指的实际状况核电厂的测量时间t过程的是一对弹道/控制取得了从系统模型。

那个轨迹,有时是标注为的,当我们想作明确地依赖于初始时间,初始状态,和控制功能。

两人的是指我们的最优解,以一个开放的闭环优化控制问题。

过程中是闭环系统的轨迹和控制造成的从货币政策委员会的策略。

我们要求设计参数的变数,目前,在开环最优控制问题是没有从系统模型(即变量,我们可以选择) ;这些包括控制豪华的TC ,该预测地平线总磷,运行成本和终端成本的职能升和W ,辅助控制律kaux ,和终端约束集正是由此产生的轨迹是由这里和功能于是类似的采样数据框架使用的连续时间模型和采样国家的核电厂在离散instants的时间通过了在[ 2 , 6 , 7 , 8 , 13 ] 并正成为公认的框架,连续时间的货币政策委员会。

它可以结果表明,与在此框架内是有可能的地址和保证稳定,鲁棒性,由此产生的闭环控制系统-为一个非常大的类系统,可能是非线性,时变的和非完整。

3 非完整系统的和间断的反馈意见有许多物理系统的兴趣,在实践中,只能为蓝本适当作为非完整系统。

一些例子是轮式车辆,机器人,以及其他许多机械系统。

一遇到的困难,在控制这种系统是任何线性周围的原产地是无法控制的,因此任何的线性控制方法是无用的,以解决这些问题。

不过,可能是主要的富有挑战性的特点对非完整系统的是,这是不可能稳定的话,刚才时间不变连续反馈获准[ 1 ] 。

但是,如果我们容许间断意见,它可能并不清楚什么是解决动态微分方程。

(见[ 4日, 8日]为进一步讨论这个问题)。

解决的概念,已被证明是成功的在处理与稳定由间断的意见为是一种通用类别的可控系统概念是“采样-反馈”提出的解决办法[ 5 ] 。

可以看出,即采样数据所描述的货币政策委员会的框架内,可结合自然与“抽样反馈法” ,从而确定一个轨迹的方式,这是非常类似的概念,介绍了在[ 5 ] 。

这些轨迹,温和条件下,清楚界定,甚至当反馈法是间断。

有在文献中的几个工程,允许间断的反馈意见的法律的背景下货币政策委员会。

(见[ 8 ]为一项调查,这些工程)的本质特征。

这些框架,允许间断只不过是采样数据的特点- 适当使用一种积极的跨采样时间,再加上一个适当的解释解决一个间断微分方程。

4 barbalat的引理和变种barbalat的引理是众所周知的和有力的工具,以推断的渐近稳定性非线性系统,尤其是时间变系统,利用Lyapunov样办法(见例如[ 17 ]为讨论和应用)。

简单的变种,这引理已成功地用来证明稳定的结果为模型预测控制(货币政策委员会)的非线性和时变系统的[ 7 , 15 ] 。

事实上,在所有采样数据货币政策委员会框架举出上述情况, barbalat的引理,或修改它,是用来作为一个重要步骤,以证明稳定货币政策委员会的计划。

这表明,如果某些设计参数(目标功能,码头设置等),方便的选定,则值函数是单调递减。

然后,运用barbalat的引理,吸引力的轨迹的名义模型可以建立。

这种稳定的财产可以推断,一个很笼统的类非线性系统:包括时变系统的,非完整系统,系统允许间断意见,等等。

最近的工作,稳健的货币政策委员会的非线性系统[ 9 ]用了一个泛化对barbalat引理的一个重要步骤,以证明稳定的算法。

不过,这是我们认为,这种泛化的引理可能提供一个有用的工具来分析稳定在其他稳健的连续时间的货币政策委员会的做法,如一个形容这里时变系统的。

一个标准的结果,在微积分的国家,如果一个功能是较低的范围和减少,那么收敛到一个极限。

不过,我们不能断定是否及其衍生物会减少或没有,除非我们施加了一些平滑的财产关于F 。

我们在这样一个众所周知的形式的barbalat的引理(见例如: [ 17 ] )。

5 名义的稳定稳定性分析可以进行显示,如果设计参数方便的选定(即选定,以满足某一个足够稳定条件下,例如见[ 7 ] ),然后在某货币政策委员会的价值函数V是表明要单调递减。

更确切地说,对于和这里M是连续的,径向无界,正定功能。

函数V的MPC值被定义为这里是为最优控制问题的函数值。

从(7)我们可以知道对任意因为是有限的。

我们得出和因此,,因为是连续的,我们得出所有的条件,申请barbalat的引理2会见,高产,该轨迹渐近收敛到原点。

注意:这个概念的稳定,并不一定包括Lyapunov稳定性财产是惯常在其他的概念,稳定;见[ 8 ]为了讨论。

6 鲁棒稳定性在过去的几年中合成的强劲货币政策委员会的法律被认为是在不同的工程[ 14 ] 。

框架下文所述是基于一个在[ 9 ] ,延长至timevarying 系统。

我们的目标是开车到某一所定的目标θ(⊂ irn )国家的非线性系统受界扰动强劲的反馈货币政策委员会的策略,是由多次获得解决上线,在每个采样即时钛, Min - Max的优化问题,磷,以选取反馈kti ,每一次使用当前措施,该国的核电厂xti 。

在这个优化问题,我们使用公约,如果一些约束是不是满意,那么价值的游戏+ ∞ 。

这可确保当价值的游戏是有限的,最优控制策略保证满意的程度的限制,为一切可能的干扰情况。

7 有限参数的控制功能结果的稳定性和鲁棒稳定性,证明了用最优控制问题所在是控制职能,选定由一个非常一般设置(一套可衡量的职能)。

这个是足够的证明理论的稳定结果,它甚至允许使用的结果,就存在一个最小的解决方案,以最优控制问题(如[ 7 ,命题2 ] )。

不过,对于执行,使用任何优化算法,控制功能需要加以形容一个有限的参数数目(所谓有限参数的控制功能)。

控制可参数为分段常数控制(如[ 13 ] ),多项式或样条所描述的一个有限的数目coeficients ,砰-砰管制(例如, [ 9 , 10 ] )等。

注意,我们是不会考虑的离散模型或动态方程。

问题的离散逼近,详细讨论了如在[ 16 ]及[ 12 ] 。

但是,在证明稳定,我们只是要表明,在一些点就是最优成本(值函数)是低于成本的使用另一受理控制。

因此,只要设定可接受的控制值U的常数所有的时间,轻而易举的事,但无论如何,重要的是,必然前稳定结果如下如果我们考虑到一套接纳控制功能(包括辅警控制法)是一个有限parameterizable 设置这样的一套受理的控制值是不断为所有的时间,那么双方的名义稳定性和鲁棒稳定的结果,这里所描述的仍然有效。

举例来说,是利用间断的反馈控制策略榜榜类型,可以说是由少数参数等,使问题的计算tractable 。

在邦邦反馈策略,管制的价值观的策略是只允许在其中一个极端它的范围。

许多控制问题感兴趣的承认,一帮邦稳定控制。

fontes和magni [ 9 ]描述的应用,这参数是一个unicycle移动机器人须有界扰动。

Sampled-Data Model Predictive Control for Nonlinear Time-Varying Systems: Stability and RobustnessSummary. We describe here a sampled-data Model Predictive Control framework that uses continuous-time models but the sampling of the actual state of the plant as well as the comp- utation of the control laws, are carried out at discrete instants of time. This framework can address a very large class of systems, nonlinear, time-varying, and nonholonomic.As in many others sampled-data Model Predictive Control schemes, Barbalat’slemma hasan important role in the proof of nominal stability results. It is arguedthat the generalizationof Barbalat’s lemma, described here, can have also a similar role in the proof of robust stab-ility results, allowing also to address a very general class of nonlinear, time-varying, nonho- lonomic systems, subject to disturbances. Thepossibility of the framework to accommodate discontinuous feedbacks is essential to achieve both nominal stability and robust stability for such general classes of systems.1 IntroductionMany Model Predictive Control (MPC) schemes described in the literature use continuous-time models and sample the state of the plant at discrete instants of time. See e.g. [3, 7, 9, 13] and also [6]. There are many advantages in considering a continuous-time model for the plant. Neverthe- less, any implementable MPC scheme can only measure the state and solve an optimization pro- blem at discrete instants of time.In all the references cited above, Barbalat’s lemma, or a modification of it, is used as an impo- rtant step to prove stability of the MPC schemes. (Barbalat’s lemma is a well-known and Power- ful tool to deduce asymptotic stability of nonlinear systems, especially time-varying systems, using Lyapunov-like approaches;see e.g. [17] for a discussion and applications). To show that an MPC strategy is stabilizing (in the nominal case), it is shown that if certain design parameters (objective function, terminal set, etc.) are conveniently selected, then the value function is mono- tone decreasi ng. Then, applying Barbalat’s lemma, attractiveness of the trajectory of the nominal model can be established (i.e. x(t) → 0 as t → ∞). This stability property can be deduced for a very general class of nonlinear systems: including time-varying systems, nonholonomic systems, systems allowing discontinuous feedbacks, etc. If, in addition, the value functionpossesses some continuity properties, then Lyapunov stability (i.e. the trajectory stays arbitrarily close to the origin provided it starts close enough to the origin) can also be guaranteed (see e.g. [11]). However, this last property might not be possible to achieve for certain classes of systems, for example a car-like vehicle (see [8] for a discussion of this problem and this example).A similar approach can be used to deduce robust stability of MPC for systems allowing uncertainty. After establishing monotone decrease of the value function, we would want to guarantee that the state trajectory asymptotically approaches some set containing the origin. But, a difficulty encountered is thatthe predicted trajectory only coincides with the resulting trajectory at specificsampling instants. The robust stability properties can be obtained, as we show,using a generalized version of Barbalat’s lemma. These robust stability resultsare also valid for a very general class of nonlinear time-varying systems allowing discontinuous feedbacks.The optimal control problems to be solved within the MPC strategy are here formulated with very general admissible sets of controls (say, measurable control functions) making it easier to guarantee, in theoretical terms, the existence of solution. However, some form of finite parameterization of the control functionsis required/desirable to solve on-line the optimization problems. It can be shown that the stability or robustness results here described remain valid when the optimization is carried out over a finite parameterization of the controls, such as piecewise constant controls (as in [13]) or as bang-bang discontinuous feedbacks (as in [9]).2 A Sampled-Data MPC FrameworkWe shall consider a nonlinear plant with input and state constraints, where the evolution of the state after time t0 is predicted by the following model.The data of this model comprise a set containing all possible initial states at the initial time t0, a vector xt0 that is the state of the plant measured at time t0, a given functionof possible control values.We assume this system to be asymptotically controllable on X0 and that for all t ≥ 0 f(t, 0, 0) = 0. We further assume that the function f is continuous and locally Lipschitz with respect to the second argument.The construction of the feedback law is accomplished by using a sampleddata MPC strategy. Consider a sequence of sampling instants π := {ti}i≥0 with a constant inter-sampling time δ > 0 such that ti+1 = ti+δ for all i ≥ 0. Consider also the control horizon and predictive horizon, Tc and Tp, with Tp ≥ Tc > δ, and an auxiliary control law kaux : IR×IR n → IR m. The feedback control is obtained by repeatedly solving online open-loop optimal control problems P(ti, xti, Tc, Tp) at each sampling instant ti ∈π, every time using the current measure of the state of the plant xti .Note that in the interval [t + Tc, t + Tp] the control value is selected from a singleton and therefore the optimization decisions are all carried out in the interval [t, t + Tc] with the expected benefits in the computational time.The notation adopted here is as follows. The variable t represents real time while we reserve s to denote the time variable used in the prediction model. The vector xt denotes the actual state of the plant measured at time t. The process (x, u) is a pair trajectory/control obtained from the model of the system. The trajectory is sometimes denoted as s _→ x(s; t, xt, u) when we want to make explicit the dependence on the initial time, initial state, and control function. The pair (ˉx, ˉu) denotes our optimal solution to an open-loop optimal control problem. The process (x∗, u∗) is the closed-loop trajectory and control resulting from the MPC strategy. We call design parameters the variables present in the open-loop optimal control problem that are not from the system model (i.e. variables we are able to choose); these comprise the control horizon Tc, the prediction horizon Tp, the running cost and terminal costs functions L and W, the auxiliary control law kaux, and the terminal constraint set S ⊂IR n.The resultant control law u∗is a “sampling-feedback” control since during each sampling interval, the control u∗is dependent on the state x∗(ti). More precisely the resulting trajectory is given byand the function t _→ _t_π gives the last sampling instant before t, that isSimilar sampled-data frameworks using continuous-time models and sampling the state of the plant at discrete instants of time were adopted in [2, 6, 7, 8, 13] and are becoming the accepted framework for continuous-time MPC. It can be shown that with this framework it is possible to address —and guarantee stability, and robustness, of the resultant closed-loop system — for avery large class of systems, possibly nonlinear, time-varying and nonholonomic.3 Nonholonomic Systems and Discontinuous FeedbackThere are many physical systems with interest in practice which can only be modelled appropriately as nonholonomic systems. Some examples are the wheeled vehicles, robot manipulators, and many other mechanical systems.A difficulty encountered in controlling this kind of systems is that any linearization around the origin is uncontrollable and therefore any linear control methods are useless to tackle them. But, perhaps the main challenging characteristic of the nonholonomic systems is that it is not possible to stabilize it if just time-invariant continuous feedbacks are allowed [1]. However, if we allow discontinuous feedbacks, it might not be clear what is the solution of the dynamic differential equation. (See [4, 8] for a further discussion of this issue).A solution concept that has been proved successful in dealing with stabilization by disconti- nuous feedbacks for a generalclass of controllablesystems is the concept of “sampling-feedback” solution proposed in [5]. It can be seenthat sampled-data MPC framework described can be combined naturally with a “sampling-feedback” law and thus define a trajectory in a way which is verysimilar to the concept introduced in [5]. Those trajectories are, under mild conditions, well-defined even when the feedback law is discontinuous.There are in the literature a few works allowing discontinuous feedback laws in the context of MPC. (See [8] for a survey of such works.) The essential feature of those frameworks to allow discontinuities is simply the sampled-data feature — appropriate use of a positive inter-sampling time, combined with an appropriate interpretation of a solution to a discontinuous differential equation.4 Barbalat’s Lemma and VariantsBarbalat’s lemma is a well-known and powerful tool to deduce asymptotic stability of nonlinear systems, especially time-varying systems, using Lyapunov-like approaches (see e.g. [17] for a discussion and applications).Simple variants of this lemma have been used successfully to prove stability results for Model Predictive Control (MPC) of nonlinear and time-varying systems [7, 15]. In fact, in all the sampled -data MPC frameworks cited above, Barbalat’slemma, or a modification of it, is used as an important step to prove stabilityof the MPC schemes. It is shown that if certain design param- eters (objectivefunction, terminal set, etc.) are conveniently selected, then the value function is monotone decreasing. Then, applying Barbalat’s lemma, attractiveness of the trajectory of the nominal model can be established (i.e. x(t) → 0 as t → ∞). This stability property can be deduced for a very general class of nonlinear systems: including time-varying systems, nonholonomic systems, systems allowing discontinuous feedbacks, etc.A recent work on robust MPC of nonlinear systems [9] used a generalization of Barbalat’s lemma as an important step to prove stability of the algorithm. However, it is our believe that such generalization of the lemma might provide a useful tool to analyse stability in other robust continuous-time MPC approaches, such as the one described here for time-varying systems.A standard result in Calculus states that if a function is lower bounded and decreasing, then it converges to a limit. However, we cannot conclude whether its derivative will decrease or not unless we impose some smoothness property on f˙(t). We have in this way a well-known form of the Barbalat’s lemma (see e.g. [17]).5 Nominal StabilityA stability analysis can be carried out to show that if the design parameters are conveniently selected (i.e. selected to satisfy a certain sufficient stability condition, see e.g. [7]), then a certainMPC value function V is shown to be monotone decreasing. More precisely, for some δ > 0small enough and for any。

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