含非線性項的不確定離散時滯系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析

孫延修, 潘斌

(1. 沈陽工學院基礎課部, 遼寧 撫順 113122; 2. 遼寧石油化工大學理學院, 遼寧 撫順 113001)

1 引言

離散時滯系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性問題已經取得了豐富的研究成果, 在實際控制問題中由于系統(tǒng)建模誤差及工作環(huán)境的變化, 系統(tǒng)往往存在不確定性[1-2]. 針對系統(tǒng)的穩(wěn)定性,魯棒控制可以保證閉環(huán)系統(tǒng)具有一定的魯棒性能, 受到了很多學者的關注并取得了一定的成果.

在實際控制系統(tǒng)中, 考慮系統(tǒng)狀態(tài)的時滯性、參數的不確定性及系統(tǒng)的非線性擾動等因素具有較強的實際意義[3-4]. 文獻[5] 針對范數有界的一類不確定離散時滯系統(tǒng)給出了魯棒穩(wěn)定性判定標準, 并設計出了基于狀態(tài)反饋的魯棒控制器, 文獻[6] 針對非線性時滯系統(tǒng), 利用線性矩陣不等式方法將最優(yōu)化求解困難的問題轉化成具有LMI 約束的凸優(yōu)化問題, 并給出魯棒預測控制器存在的充分條件及其表達式, 文獻[7] 針對一類非線性離散時滯廣義系統(tǒng)的觀測器進行了研究, 并給出了觀測器存在的充分條件, 從而使狀態(tài)誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)定.

本文在基于文獻[5] 的基礎上考慮到系統(tǒng)的非線性擾動, 通過利用線性矩陣不等式方法對系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性進行分析, 以LMI 形式給出了系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件, 并設計出狀態(tài)反饋控制器使得系統(tǒng)漸近穩(wěn)定.

2 系統(tǒng)描述

考慮如下不確定時滯系統(tǒng)

其中,x(k)∈Rn為系統(tǒng)狀態(tài)向量,A ∈Rn×n,Ad ∈Rn×n, 為適當維數的常數矩陣,ΔA,ΔAd為參數不確定項, 滿足如下條件:

其中,D,E,Ed為已知適當維數的常數矩陣,F(k) 為未知時變函數矩陣, 滿足

令非線性項

且滿足

引理2.1[8]給定適當維數矩陣M,N和對稱矩陣G, 對滿足FT(k)F(k)≤I的矩陣F(k), 不等式G+MF N+NTFTMT< 0 成立的充要條件是存在實數ε> 0,使得

3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

考慮系統(tǒng)(1) 中非線性函數項所滿足的約束條件, 利用線性矩陣不等式(LMI) 的方法, 可以得到不確定時滯系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件.

定理3.1若存在對稱正定矩陣P,Q滿足下列不等式

其中,P>0, Q>0, 證明V(x(k)) 沿系統(tǒng)(1) 的差分為負, 即

可以保證系統(tǒng)漸近穩(wěn)定.

由于

即

利用S-procedure, 將不等式(3)-(4) 結合起來等價于下列不等式成立:

根據Schur 補引理2.2 知,

其中,

根據引理2.1 可知,

即

根據Schur 補引理2.2 知,

同理, 不等式(8) 等價于下列不等式

通過以上推導, 命題得證.

4 魯棒控制器設計

在實際控制系統(tǒng)中, 系統(tǒng)往往具有時滯性, 不確定性及外部擾動等特點, 考慮如下不確定時滯系統(tǒng)

其中,u(t)∈Rm是系統(tǒng)的輸入, ΔA,ΔAd,ΔB為參數不確定項, 滿足如下條件:

其它項滿足系統(tǒng)(1) 中設定的條件.

設計一個狀態(tài)反饋控制器u(k)=Kx(k), 使得如下閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定:

其中, ?A=A+BK+ΔA+ΔBK,?Ad=Ad+ΔAd.

定理4.1如果存在矩陣P>0, Q>0,K及正數ε>0 滿足下列不等式

證明由定理3.1 可知, 閉環(huán)系統(tǒng)(11) 為漸近穩(wěn)定的一個充分條件是

用A+BK替換不等式(2) 中的矩陣A, 同時用E+BbK替換不等式(2) 中的E, 結合定理3.1 的證明過程可得不等式(13) 等價于下列不等式成立:

其中,X=A+BK,Y=E+BbK.

5 結束語

本文針對一類含非線性項的不確定離散時滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題進行了研究, 在非線性項滿足一定約束條件下進行了穩(wěn)定性分析, 以線性矩陣不等式形式給出了系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件, 從而使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件便于實現. 同時, 進一步獲得了閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件, 設計出了不確定離散時滯系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制器, 定理4.1 的理論證明保證了狀態(tài)反饋控制器設計的有效性.