维普资讯 http://www.cqvip.com 2002年l1月 西北工业大学学报 NOV. 2002 第2O卷第4期 Journal of Northwestern Polytechnical University VoI.2O No.4 一类不确定多时滞非线性系统的 自适应 ∞鲁棒控制 贾秋玲,何长安 (西北工业大学自动控制系,陕西西安 710072) 摘 要:针对一类更具一般性的不确定多时滞非线性系统,在不确定项范数有界,但是其上界未知 的情况下,设计自适应鲁棒H 状态反馈控制器,论证了该类系统的自适应H 鲁棒控制器存在的 充分条件,并利用耗散性原理证明了这些充分条件。仿真结果表明该方法能较好地估计未知参数, 并对干扰输入具有较强的抑制能力。 ’ 关 键 词:不确定性,多时滞,自适应H 鲁棒控制,耗散性原理 中图分类号:TP13 文献标识码:A 文章编号:1000—2758(2002)04—0532—04 近年来,不确定的时滞线性系统的鲁棒控制问 控输出信号,A,A.( 一1,…, )∈R 为定常矩阵, 题口q 和H 鲁棒控制问题L4 在控制界得到了广 ( 一1,…, )为时间滞后量, ,D,c均为适当维数 泛的研究。但是,针对不确定的时滞非线性系统的 的定常矩阵,G,( (£一 ),t)为,z维非线性向量函 H 鲁棒控制问题的研究,几乎都是在状态非线性 数。 不确定项满足范数有界,且已知其范数上界的条件 系统(1)中的各定常矩阵A ( 一1,…, )∈ 下进行的L5 ]。对于非线性不确定项满足范数有界, 可以分解为两个适当维数的矩阵的积,即存在 但其上界未知的非线性时滞系统,文献E8]针对一 适当维数的矩阵E,F ( 一1,…, )使 类简单的、满足匹配条件的此类系统提出了自适应 A 一E.F。 ( 一1,…, ) (2) 鲁棒控制的设计思想。本文研究更具一般性的非线 并且令 性系统的自适应H 鲁棒控制器设计问题。 E一[层 E2…层,] F—EFT F …F ] 初始条件为 1研究的问题 (£)一9(£)t∈Et0一r眦 ,to] (3) 式中,9(£)是连续函数,r眦 一max{ri,i一1,…, }。 1.1研究的系统 假设1 (A, )可镇定。 考虑如下方程描述的不确定多时滞非线性系统 假设2 存在连续的有界的向量函数6j(X(t一 , (£)一Ax(t)+∑A (£一 )+ ),£)∈R” ,使得非线性不确定项可表示为 i=1 G ( (£一 ),£)一B ( (£一 ),£) (4) , ∑G,( (£一 ),£)+Bu(t)+Dw(t) 上界为 ,=0 I ( (£一rJ),£)I≤ I (£一rJ)I rO一0 三三=0(_『=1,…, ) ≥0 (5) z(f)= (f) (1) 式中,ro=0,Ot,( =0,…, ),是未知的正数。 式中, (f)∈R 为状态,lI(f)∈R 表示控制输入, 事实上,假设2中的(5)式隐含着 (O,f)=0, '.,(f)∈R 表示外部输入或干扰输入,z(f)∈R 是被 J=0,…, V t,即 (f)=0为自由系统(1I(f)=O) 收■日期,2001--08--28 基金项目,国家973t大基础研究项目(G1998o3o417) 作奢筒介。贾秋玲(1966--),女,西北工业大学博士生,从】.‘非线性系统鲁棒镇定、非线性系统鲁棒 控制的研究. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 贾秋玲等:一类不确定多时滞非线性系统的自适应 鲁棒控制 ・533・ 的一个平衡点。 定证理明如果系统(1)满足假设3,则控制律 选择储备函数为 (£)P (£)+ 1.2 自适应H 鲁棒控制问题 由于1.1节中所描述的不确定系统具有未知的 不确定上界,就必须采用自适应控制策略对其进行 控制。此时,储备函数为 ( (£),9(£),£): × ¨ ×足 一足 ,那么,求解自适应的H 鲁棒控制问 题,就需要设计自适应控制器,使得相应的闭环系 统在原点的某一邻域£,∈ 内渐近稳定,且关于支 持率s(w,z)= l’.,l 一lzl 是耗散的。也即是说, (9)、(1O)是系统(1)的鲁棒H。。控制器。 V( (£),9(£),£)一 ∑I xT( ) F (s)ds+ ∑ I xT( ) ( )d + 厂一1舀 (13) i=0 。 J 式中,P为代数Riccati方程式(7)的对称正定解. F。,i一1,…, 为(2)式中A,( 一1,…, )的分解矩 阵,厂是正定矩阵, , =0,…, 是正常数。则 Hamilton函数为 H= +z (£)z(£)一), ’., (£)’.,(f) 存在非负连续光滑的储备函数 ( (£),9(£),f): × ¨×足 一足 满足下列耗散不等式 +Iz(£)I 一), I’.,(£)I。 o (6) 2 自适应H。。鲁棒控制器的设计 假设3 考察被控对象(1),对给定的对称正定 矩阵Q和标量 >0, >0,),>0,假设下列Riccati 方程的解矩阵为P 一 (£)fL- Arp+PA一上P曰曰 P]J ( f)+ 2x P∑A (£一 )一xT(t)eBCOB Px(t)+ 2x (£)P∑G ( (£一rj),f)+2x (£)P (f)+ ∑,(£) F。 (£)一 , A P+PA+尸[L 一去曰曰 +lEE + 1, ‘ JDD ] P 十,IF F+CrC+∑ ,一一Q 式中,V >o(j=0,。…, )为正常数。 令8i—a2J j=0,…,l (7 ∑ (f一 )FTFix(t— )+ i=1 , , ∑ (£) (£)一∑ (£一r ) (f—r )+ (8) i=0 i=0 0=too 01…如下 o,3 记分为0的估计值,构造自适应动态状态反馈控制器 2 r一1舀+ (£)C Cx(t)一), ’., (£)’.,(£) 利用不等式 lB Px(t)l (9) 台(£)= 2x (£)P∑A (£一 )一∑2x (t)PE。F。 (£一I"I) lI(£)=一 曰 Px(£)一号 P (£)(1oa) 一∑[寺xT∽踞ETex(£)+ (£一r ) Fix(t—r。)]= ÷ (t)PEE Px(t)+ A [ … ] (10b) 设估计误差为 = 一0,则 百(£)一妻 lB Px(t)l 将(10)、(11)式代入(1)式,则得闭环系统 (11) ∑ (£一r )F F x(t—r,) 2x (£)P G,( (£一ri),£)=2x (t)PB> -)=[A-- 脚] )+ I (卜 一 曰 Px(t)+ 0 一 -一 ( (£一 ),£) ∑2 I曰 Px(t)I・Ix(t一 )I 当'.,(t)='.,。(t)=击D Px(t)时,Hamilton函数取 最大值,那么 H= +z (£)z(£)一),。'., (£)’.,(£) 1 1 壹G (t一 )+D'.,∽ 杏∽=专 I BTP )I2 (£) IL A P+PA一÷P曰曰 P IJ (£)+ 维普资讯 http://www.cqvip.com 西北工业大学学报 第2O卷 寺 (t)PEE P (£)一XT(t ̄eBCOB Px(t)+ ∑2a,I曰 Px(t)1.I (f—f,)I+ ,=0 3算例仿真 例 考察下列不确定时滞非线性系统 1 T(t)PDD P (f)+ (f)F Fx(t)+ ㈤一fL.0 2——32 Ix(t)+f.0 k——0.2——0.3J ] ∑ (f) (f)一∑ ̄jx (f—f,) (£一f,)+ , 0 , O x(t-- +[。:) ] + 2 广 + (f)c C (f)一 (f)[A P+PA+ P(一去曰曰u +lEEA 十 17 L DD )P+ F+ CvC+∑』9 ,] (f)一 台I曰 Px(t)I + , [。 ] 十 [。 [。 ㈤ r】一2 r2l一。A L 0.2—0.3 J A2—0,为使A1一E1F1,A2一E2Fz ∑2a,I曰 Px(t)1.I (f—f,)I一 ,=0 , . ∑ ̄jx (f—f,) (f—f,)+2 厂 一 J二0 一X (f)Q (f)一l IB Px(t)I 一 , ∑ [a,/ I曰 Px(t)I—Ix<t一 )1] + ,=0 , . 取E 一f.取 一}‘ k 0一. 2 0一 .J 3 ]I ,F 一f一}k . 0 1。 ]JI , E 一0一,, ’ 一。. F2—0 ∑口2,P,- IBVPx(t)I +2 厂 J=O —XT(f)Q (f)一l 台(f)I B Px(t)I + pI曰 Px(f)I + 对于Q一[ ;], 一。.s, 一 ,满足Riccati方 程式(7)的P阵为 P一(f)IB Px(t)I 一一X (f)Q (f) 由假设3得H 0,此时,耗散不等式(6)成立。 D——}『L 0。・ 。0 0・888 4]I』,仿真计算时,亡盲 管时 挥厂一 选择厂一 888 4 1.418 5J .这样自适应控制器(9)、(10)式是系统的Ⅳ。。鲁棒控 制器。定理得证。 [ 0.。 Oo]’ O.2 s 0 仿真所得系统状态 (f),参数估值 (f)和控制输入 “(f)分另ll 图1(a)、(6)、(c) 0.2 0.4 —0.6 O.8 一(a)状态 (b)参考估值 (c)控制输入 图1 算例仿真曲线 由算例的仿真曲线可见,尽管系统存在外部扰 动叫(f),存在多时滞,针对该类不确定多时滞非线 性系统(1)的不确定上界未知的特点而设计的自适 应控制律,可以使闭环系统的状态最终很好地收敛。 4 结 论 本文研究了一类不确定多时滞非线性系统的 Ⅳ。。鲁棒控制问题。针对该类非线性系统的不确定 项的上界未知的特点,提出了自适应Ⅳ。。鲁棒控制 器的设计方法。证明了一类不确定多时滞非线性系 证明了自适应控制器(9)~(10)是系统的Ⅳ。。鲁棒 控制器。 统的自适应Ⅳ。。鲁棒控制问题有解的充分条件。最 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 贾秋玲等:一类不确定多时滞非线性系统的自适应H 鲁棒控制 ・535・ 后,通过算例给出了控制器的设计步骤,证明了本文 设计的控制器的有效性。 参考文献: Xi.Souza C E D.Criteria for Robust Stability and Stabilization of Uncertain Linear System with State Delay. [1] LiAutomatica,1997,33(9):1657~1662 N F.Quadratic Stabilization of Continuous Time Systems with State—Delay and Norm— [23 Mahmoud M S,AI—MuthhairiBounded Time—Varying Uncertainties.IEEE Trans Automat Control,1994;39(10):2135~2139 Hanho.Chung Myung Jin.Memoryless Stabilization of Uncertain Dynamic Systems with Time—Varying Delayed -133 ChoiStates and Controls.Automatica,1995;31(9):1349~1351 Hanho,Chung Myung Jin.Memoryless H Controller Design for Linear System with Delayed States and Contro1. [4] ChoiAutomatica,1995;31(6):917~919 Yu,Chu Jian,Su Hongye.Robust Memoryless H Controller Design for Linear Time—Delay System with Norm— [5] Liounded TiBme—Varying Uncertainties.Automatica,1996,32(12):1 759~1 762 1-63 郑连伟,刘小平,张庆灵.具有时变不确定的线性时滞系统的鲁棒H 控制.自动化学报,2001,27(3):377~380 [7] 伏玉笋,田作华,施颂椒.带非线性摄动的状态延迟系统的鲁棒H 控制.自动化学报,2001,27(3):224~228 [8] Wu Hansheng.Adaptive Stabilizing State Feedback Controllers of Uncertain Dynamical Systems with Multiple Time elDay.IEEE Trans Automat Control,2000,45(9):1697~1 701 c M[93 Krsti】995 ,Kanellak0p0ul0s L,Kokotovic P. Nonlinear and Adaptive Control Design. New York:Wiley Interscience. Adaptive H。。Robust Control for a Class of Uncertain Dynamical Nonlinear Systems with Multiple Time Delay Jia Qiuling,He Changan (Department of Automatic Contro1.Northwestern Polytechnical University,Xi an 710072) Abstract:Ref.8 dealt With a class of relatively simple uncertain systems with multiple time delay when the norm of the uncertainty was bounded but its upper bound was unknown.We differ from Ref.8 in that our uncertain nonlinear system is more general and that we use H。。control instead of robust control used by Ref.8.We propose an adaptive H。。control law together with an adaptive update law;we need the latter because the upper bound of the uncertainty of system is unknown.Section 2 presents and proves by dissipative theory an important theorem which stipulates the sufficient conditions for the solvability of the adaptive H。。control problem of the closed—loop system.Section 3 uses an example to illustrate the step— by—step procedure for designing the proposed controller.Simulation results,shown in Fig.1,show preliminarily that our design method not only can estimate the unknown parameters but also can attenuate the distt1rbance. Key words:uncertainty,multiple time delay,adaptive H。。control,dissipative theory