随机非线性量化反馈系统的自适应模糊控制研究

In this project, the quantized feedback control problems for stochastic nonlinear systems are investigated by employing the adaptive fuzzy theory. Based on the designed time-varying hysteretic quantizer, a kind of nonlinear decomposition strategy for an output of quantizer is put forward, and then an entirely novel adaptive fuzzy control scheme is to be established to compensate a quantization error. As a result, the difficulties of quantized feedback control for stochastic nonlinear systems are coped with systematically so as to work out a way to the quantized control of stochastic nonlinear systems. The main works include: 1.The adaptive fuzzy controller is designed for stochastic nonlinear systems with quantized input. 2. The tracking control problem for stochastic nonlinear systems with quantized input and input nonlinearity is investigated, and a novel adaptive fuzzy control scheme is proposed while the parameters of input nonlinearity are unknown and the parameter of the quantizer is time-varying. 3. A new observer matching the stochastic nonlinear systems with immeasurable state is designed, and then a corresponding output feedback control scheme is proposed to ensure the good performance of the systems. 4. An adaptive fuzzy output feedback controller is constructed for stochastic nonlinear systems with quantized input and quantized output. The research achievements in this project will provide new ideas for the development of the quantized feedback control, and will promote the development of the networked system control technology of our country.

本项目旨在研究随机非线性量化反馈系统的自适应模糊控制问题。在新设计的量化器基础上，提出量化器输出的一种非线性分解策略，建立一套全新的自适应模糊控制方案补偿量化误差，系统地解决随机非线性系统的量化反馈控制研究的难点，开辟随机非线性系统量化控制的新途径。主要研究内容包括：1.研究具有输入量化的随机非线性系统的反馈控制问题，获取自适应模糊控制器的设计方法。2.研究同时具有输入非线性和输入量化的随机非线性系统的性能控制问题。在输入非线性参数未知及量化参数时变的情况下，尝试设计出新的控制方案。3.针对系统状态不可测的随机非线性量化系统，设计一种与系统匹配的观测器，提出相应的输出反馈控制方案以确保系统具有良好的控制性能。4.研究具有输入量化和输出量化的随机非线性系统的控制问题，设计出能够保证系统稳定的控制器。该项目的成功研究将为量化控制理论的发展提供新思路，推动我国网络化控制系统技术的发展。

随着网络控制系统在航空航天、远程医疗等控制领域的广泛应用，量化控制问题成为近年来国际控制领域的一个研究热点。本项目围绕非线性系统的量化控制问题展开了一系列相关的研究工作。首先设计了一种新型量化器，该量化器不仅能避免控制信号的颤抖现象，而且可以根据控制性能要求和网络带宽占用情况随时调节量化器参数。在新设计的量化器基础上，提出量化器输出的一种非线性分解策略，建立一套全新的自适应模糊控制方案补偿量化误差，系统地解决随机非线性系统的量化反馈控制研究的难点，开辟了随机非线性系统量化控制的新途径。主要研究内容包括：1. 针对具有输入量化的随机严格反馈非线性系统，提出了一种自适应状态反馈控制方案保证了闭环系统的稳定性。针对一类带有未建模动态和时变扰动的随机非线性系统，设计了一种新型的观测器并提出了自适应模糊输出反馈控制方案保证了闭环系统的依概率稳定性。相应研究成果发表在国际顶级期刊《IEEE Transaction on Cybernetics》和《IEEE Transactions on Fuzzy Systems》。2.研究了同时具有输入非线性和输入量化的随机非线性系统的性能控制问题。在输入非线性参数未知及量化参数时变的情况下，设计出了新的智能控制方案。相应研究成果发表在国际权威期刊《Information Sciences》等杂志上。3. 基于量化器输出的非线性分解策略在有限时间控制框架下，研究了非线性系统的输出反馈控制问题。通过建立一种新的有限时间稳定性理论并设计一种新型观测器，提出了相应的输出反馈控制方案，保证了闭环系统的有限时间控制性能。相应研究成果发表在国际顶级期刊《IEEE Transaction on Cybernetics》。该文章自发表以来，受到业内同行广泛关注，引用次数已进入computer science 学术领域同一出版年最优秀的前1%行列。4. 针对具有输出量化的多智能体系统，设计出能够保证系统稳定的控制器。该项目的成功研究将为量化控制理论的发展提供新思路，有望推动我国网络化控制系统技术的发展，有一定的科学意义。