几类时滞饱和系统H_∞滤波器设计及应用

【摘要】在控制系统的设计及信号处理中,H∞滤波问题都具有重要的理论和实际意义,受到了广泛的关注和研究.H∞滤波的目标是设计一个动态系统,使其对应的滤波误差对于参数、外部噪声等不确定因素具有一定的鲁棒抗干扰性能.它不必获取系统外部噪声的先验知识,也不要求精确的数学模型,只要求系统的扰动有界即可,这些特性使得H∞滤波在实际工程中具有重要的应用价值.但是实际工程中,系统往往会受到多种外部因素的影响.这些因素会限制系统的运行,导致系统不稳定,性能指标变坏甚至造成严重的后果,在滤波器设计时必须予以考虑.其中较为突出的为饱和与时滞因素的限制,得到了人们的广泛关注.但目前基于时滞与饱和的H∞滤波器设计一般是单独考虑时滞或饱和因素的影响,而且大多为线性系统的滤波器设计,对于一般的非线性系统,则研究较少.本论文研究了几类时滞饱和系统的H∞滤波器设计及应用问题,主要包括以下几方面的内容：1.研究了一类同时存在时滞(含常时滞和时变时滞两种情形)与饱和的线性系统鲁棒H∞滤波器设计问题.给出了一种线性滤波器的结构,提出一种新的设计方法.该方法应用Lyapunov-Krasovskii稳定性理论和线性矩阵不等式(LMIs)方法,来分析和设计系统的H∞滤波器,以保证滤波误差系统渐近稳定,并使滤波器达到H∞性能指标.滤波器参数通过求解线性矩阵不等式来确定.并通过例子以及与已有成果的比较验证了所得方法的有效性及优越性.2.分别设计了非线性时滞与饱和Hamilton系统的鲁棒H∞滤波器.首先提出了一种基于Hamilton系统结构的非线性滤波器的结构,然后给出了相关的鲁棒H∞滤波器的设计方法,该方法充分考虑了时滞与饱和因素的影响,构造了与Hamilton系统结构相关的Lyapunov函数,给出了针对时滞(常时滞与变时滞)和饱和的处理方法.最后用仿真例子证明了方法的有效性.3.利用Hamilton系统结构特性和T-S模糊控制的思想研究了一般非线性系统的稳定性及H∞滤波器设计问题.在充分考虑Hamilton系统结构特性的前提下,应用T-S模糊控制的思想首先将该非线性系统模糊化为多个模糊Hamilton子系统,然后分析了其稳定性,给出了一种模糊H∞滤波器的设计方法,并用例子加以验证.4.针对非线性Hamilton网络系统,讨论了其鲁棒H∞控制及滤波问题.对于网络系统中存在不确定网络时延与丢包的问题,通过合理的假设及处理方法,将这些网络特有的性质转换为时变时滞,得到了满足H∞性能指标的执行器饱和及未饱和时的控制器及滤波器.最后通过电路系统的例子验证了方法的正确性.
【作者】洪晓芳；
【导师】王玉振；
【作者基本信息】山东大学，控制理论与控制工程，2014，博士
【关键词】H_∞滤波；时滞；饱和；Hamiliton系统；T-S模糊控制；线性矩阵不等式；

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