切换系统的双层切换自适应控制设计

Adaptive control and transient performance have become the hot research topics in the field of switched systems in recent years, but few of results have been reported at present. Multiple model adaptive control is one of the effective methods to improve the transient performance, however, applying it to switched systems will cause two-layer switching, which makes the system dynamic behavior complicated and results in a lot of control problems to be solved. The project develops some basic analysis tool for the adaptive control of switched systems with two-layer switching and study the corresponding stability, the co-design of the switching signals and controllers, the bumpless transfer problems. The main contents include: .(1) The mechanism of interaction of two-layer switching scheme is revealed, then, a two-layer jumping multiple Lyapunov function framework is established, and the stability criterion is given. .(2) The co-design of the constrained two-layer switching signals and the adaptive controllers is developed based on the state and the output of the systems, respectively, especially for basic design problems such as stabilization. .(3) We will further explore the co-design methods of the two-layer switching signals and bumpless adaptive controllers to solve a variety of control problems subject to the bumpless transfers.. The results will provide an effective approach of analysis and design for studying the transient performance of switched adaptive control systems. And explore the application of this method in practical systems.

自适应控制和暂态性能的研究近年来已成为切换系统领域的研究热点，目前研究结果十分有限。多模型自适应控制是提高暂态性能的有效方法，但是应用到切换系统会引发双层切换，这将使系统动态行为十分复杂，存在很多亟待解决的控制问题。本项目针对这种具有双层切换的切换自适应控制系统，发展一些基本的分析工具，研究相应的稳定性、切换信号和控制器的联合设计及无扰约束问题。主要内容包括：.（1）揭示双层切换机制的相互作用机理，建立双层跳跃多Lyapunov函数框架，获取稳定性判据；.（2）分别基于系统的状态和输出提出双层切换信号与自适应控制器的联合设计方法，并利用此方法研究带有不确定性切换系统的镇定等控制问题；.（3）探索无扰性能约束的双层切换控制设计方法，研究在无扰约束意义下带有不确定性切换系统的基本控制问题。. 项目的研究将为切换自适应控制系统暂态性能的提升提供有效分析设计方法。探索该方法在实际控制中的应用。

本项目研究了切换系统的双层切换控制的分析与设计问题。在双层切换信号的分析与设计方面：拓广了多Lyapunov函数概念，设计了与驻留时间、状态等同时相关的双层切换信号，在此切换信号下建立了切换系统的稳定性判据；进一步提出了双层切换信号与反馈控制器的双重设计方法，解决了切换系统的镇定等基本控制问题。在无扰切换控制分析与设计 方面：针对双层切换信号下无扰切换进行了研究，深入研究了双层切换信号下无扰切换对系统性能的影响，提出了切换控制与无扰控制的联合设计方法，特别是使用拓广的多Lyapunov函数方法，解决了在无扰切换意义下切换系统的多种控制问题。建立和分析了航空发动机的切换控制模型，利用切换系统理论和方法，对于航空发动机进行了切换控制设计，并分析了相应的运动特性，完成了相应的验证。 .项目的研究完成了预定的目标，取得了一系列成果。共发表基金标注期刊论文12篇，其中SCI期刊发表论文11篇，包括IEEE Transactions on Cybernetics 3篇，IEEE Transactions on Industrial Electronics 1篇，IEEE/ASME Tra nsactions on Mechatronics 1篇。出版专著1部，受理专利1项。培养研究生19名，其中毕业4名。经过项目的研究，获得了多模态之间演化规律和无扰切换性能的若干属性。研究成果为切换系统的各种控制问题提供了可解性条件和解决方案，为揭示连续动态、 离散变量之间的相互作用规律以及无扰切换在其中的影响提供重要的依据，为切换系统的研究提供有 效的分析和设计方法，发展和完善了切换系统理论。同时，研究成果还可应用到航空发动机等实际系统的控制设计中，为解决实际系统的控制问题提供可行的方案。