1.基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、建立一个连续时间奇异不连续跳变系统,系统中存在奇异导数矩阵Eη(t),所述系统如下所示:
所述矩阵Aη(t),Bη(t)和Jk都为已知的常数矩阵;所述η(t)是系统的模态,也表示一个随机切换信号,满足半马尔可夫更新过程,在有限集合 内取值;所述η(t)也是一个分段常函数,可表示为
所述tk表示第k次系统跳变的时刻,τk表示第k次到第k+1次跳变时系统的运行时间,即驻留时间,tk是一个固定模态依赖的时间常数,表示为:即对于相同模态的系统,驻留时间是相同的;
所述u(t)为系统的输入向量,x(t)是系统的状态;基于比例微分状态反馈的控制器的具体形式如下:
所述 和 为控制增益;
S2、将奇异导数矩阵Eη(t)转换成非奇异矩阵 满足如下关系:所述 代表控制器的控制增益, 表示一个可逆矩阵;
S3、建立基于比例微分的状态反馈控制器,将奇异矩阵Eη(t)转换为可逆矩阵 将奇异系统转变为正常系统,具体形式如下:其中 满足如下形式:
所述 为转换后正常系统的系统矩阵;
S4、当时间t∈[tk,tk+1),η(t)=i时,在连续时间段内,为保证系统稳定,无穷小算子LV(x(t),i,t)需要满足如下的关系:LV(x(t),i,t)<‑αiV(x(t),i,t) (7)其中αi>1,为了进一步便于计算求解,使用等价变换的思路,将上述式子(7)转换为下列等价变换矩阵:
其中 Xi>0为一正定对称矩阵;由等价关系可知,等价变换矩阵(8)满足,则关系式(7)成立;
S5、由于系统(5)本身存在如下状态不连续跳变情况:针对不连续跳变情况,通过如下的关系式保证系统的稳定:为了便于计算求解,根据引理,可以得到LMI:所述式子(11)成立,则意味着在不连续跳变处,系统仍能保持稳定;
S6、基于几乎处处指数稳定性的定义下,给出[0,t)时间段上V(x(t),i,t)的函数关系:所述标量βi≥1,Ni(t,0)是模态i在区间[0,t)上的激活次数,所述Ti(t,0)是模态i在区间[0,t)上的总驻留时间;所述E[τi]表示第i个模态下驻留时间的期望;当式子(12)成立时,系统满足几乎处处指数稳定性的定义,系统保持稳定;
S7、通过处理手段设计比例微分状态反馈控制器保证系统的稳定性,根据引理,可得到LMI:
所述Ψi1,Ψi2和Ψi3的具体形式如下:通过式子(13)可以求解正定对称矩阵Xi和控制器增益 和
2.根据权利要求1所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,所述步骤S4中的式子(7)通过引理,可以进一步得到等价转换:式子(15)成立,式子(7)就可以成立。
3.根据权利要求2所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,所述式子(15)可进一步进行等价变换,具体形式如下:式子(16)成立,进而保证式子(15)成立。
4.根据权利要求3所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,在式子(16)的基础上,给出下列变换中间式:使用式子(16),左乘式子(17)右乘其转置得到最终等价变换矩阵,具体形式如下:其中 Xi>0为一正定对称矩阵。
5.根据权利要求1所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,根据式子(7)和式子(10)把连续时间段[tk,tk+1)和跳变时刻tk联系起来,得到整个时间段[0,t)上的函数关系:由于切换信号η(t)=i符合半马尔可夫更新过程,所以可以得到:所述Ni(t,0)是模态i在区间[0,t)上的激活次数,Ti(t,0)是模态i在区间[0,t)上的总驻留时间,E[τi]表示第i个模态下驻留时间的期望。
6.根据权利要求5所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,根据式子(20)可进一步得到:所述
7.根据权利要求5所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,根据式子(19)可进一步得到:满足式子(23),即可满足稳定性条件,进而保证系统稳定。
8.根据权利要求4所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,对式子(18)做进一步变换可得:所述Ψi1,Ψi2和Ψi3的具体形式如下:最终可以得到控制器增益 和 的具体形式:所述
9.根据权利要求1所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,当系统的切换信号为马尔可夫更新过程时,使用相同的数学处理手段仍可保证系统的稳定。
10.根据权利要求1所述的基于PD反馈的奇异半马不连续跳变系统控制器设计方法,其特征在于,当奇异半马尔可夫系统转变为连续跳变的特殊情况时,使用相同的数学处理手段仍可保证系统的稳定。