1.一种基于状态观测器的网络化控制系统的非脆弱H∞控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
1)对时变时延网络化控制系统设计基于观测器的状态反馈控制器,闭环网络化控制系统为:T T T
其中,增广向量η(k)=[x(k) e(k)],为对应的适当维数的矩
阵; 分别是具有适当维数的状态向量、控制输出向量、状态观察误差向量和有限能量的外部扰动输入向量;
d(k)表示k时刻的网络传输时延数,满足dm≤d(k)≤dM,其中dm和dM为已知正整数,表示时变时延的下界和上界值;
L∈Rn×p是观测器增益矩阵,ΔL=HlFl(k)El是观测器的增益摄动;
K∈Rm×n是控制器的增益矩阵,ΔK=HkFk(k)Ek是控制器的增益摄动,其中Hk、Hl、El和Ek为具有适当维数的实矩阵,Fk(k)、Fl(k)为时变不确定加性扰动矩阵,满足Fk(k)FkT(k)≤I,Fl(k)FlT(k)≤I;
2)选取如下所示的Lyapunov泛函:V(k)=V1(k)+V2(k)+V3(k)+V4(k)+V5(k)其中,V1(k)=ηT(k)Pη(k),ρ(k)=η(k+1)-η(k),
为正定对称矩阵;
构造性能指标泛函:
J=zT(k)z(k)-γ2wT(k)w(k)则对任意的非零外部扰动w(k)∈L2[0,∞),利用上述Lyapunov泛函和零初始条件,可以推出J=zT(k)z(k)-γ2wT(k)w(k)+V(k+1)-V(k)≤ΔV(k)+zT(k)z(k)-γ2wT(k)w(k)若J<0,则称闭环系统(1)是渐近稳定的,且满足H∞性能指标γ;
3)存在非脆弱状态反馈控制器K和观测器L,使得闭环系统(1)鲁棒H∞稳定的充分条件为:针对下列线性矩阵不等式:
Pχ=Ι,R1λ=Ι,R2ν=Ι
其中,d2=dM-dm,Ξ1'=Σ'+Γ'+Γ'T,Γ'=[NT ST MT -NT -ST +TT -MT -TT 0] ,Ξ82”=[0 -
HlT],
Ξ83”=[0 -dMHlT],Ξ84”=[0 -d2HlT],Ξ85”=[ε1Ek -ε1Ek],Ξ92”=[HkTB2T 0],Ξ93”=T T T T[dMHkB2 0],Ξ94”=[d2HkB2 0],Ξ95”=[0 ε2ElC1];
其中,P>0、Q1>0、Q2>0、Q3>0、R1>0、R2>0为对称矩阵,M、N、S、T和标量εi>0,i=1,2,为未知变量,其他变量都是已知的;
由于等式约束Pχ=Ι,R1λ=Ι,R2ν=Ι的存在,步骤3)提出的论证条件并非严格线性矩阵不等式条件;接下来利用Matlab LMI工具箱编写锥互补线性化算法求出控制器增益K和观测器增益L;
4)根据锥互补线性化算法,通过一个具有线性矩阵不等式约束的非线性最小化问题替代步骤3)中的非凸可行性问题:Minimizetr{Pχ+R1λ+R2ν}满足Ξ'<0与
根据锥互补线性化思想,如果上述最小化问题的解是3n,即Minimize tr{Pχ+R1λ+R2ν}=3n那么步骤3)中的条件可解,即存在非脆弱状态反馈控制器K和观测器L,使得闭环系统(1)渐近稳定,且满足H∞性能指标,否则,不存在这样的控制器K和观测器L满足条件;
非脆弱状态反馈控制器的迭代算法:给定性能指标γ,求解相应的非脆弱状态反馈控制器增益矩阵K;
第一步:设k=0,找一个初始可行解
(P0,Q10,Q20,Q30,R10,R20,χ0,λ0,ν0,K0,M0,N0,S0,T0,ε10,ε20)满足Ξ'<0和式(3);
第二步:求解下面的最小化问题
Minimize tr{Pkχ+Pχk+R1kλ+R1λk+R2kν+R2νk}满足Ξ'<0和式(3);
第三步:将上面优化问题的解代入不等式(2),如果(2)可行且对于一个充分小的标量δ>0,满足|tr{Pkχ+Pχk+R1kλ+R1λk+R2kν+R2νk}-6n|<δ则输出可行解,退出循环;
第四步:如果迭代次数k>N,这里N为预先设定的最大迭代次数,退出循环;
第五步:否则,令k=k+1,
(Pk,Q1k,Q2k,Q3k,R1k,R2k,χk,λk,νk,Kk,Mk,Nk,Sk,Tk,ε1k,ε2k)=(P,Q1,Q2,Q3,R1,R2,χ,λ,ν,K,M,N,S,T,ε1,ε2)返回第二步。