基于截断预估器反馈的时滞系统控制与约束控制

Time-delay systems, which have widely applications in the practice engineering, are infinite dimensional systems whose control is challenging in theory. On the other hand, every control system is subject to actuator saturation constraint, which makes the overall practical control systems inherently nonlinear. In the previous project supported by NSFC, a parametric Lyapunov equation based approach has been developed to deal with controllers design for control systems with saturation constraints and time-delays . Progressive achievements have been made for this project by the investigator and the collaborators. By now, they have published 37 technical papers and 32 of which have been indexed by SCI. Among these publications, there are 26 first-author papers for the investigator of this project, including a regular paper on IEEE TAC and 2 regular papers on Automatica. Based on the obtained results supported by the previous NSFC project, the present project will continue to study control and constrained control problems for time-delay systems. Particularly, a novel truncated predictor feedback based approach will be established to overcome the shortcoming existing in the traditional predictor feedback approach for time-delay systems. The core idea of the truncated predictor feedback is to neglect the higher-order terms with respect to the nominal feedback gain by maintaining the lower-order dominated terms in the traditional predictor feedback. Hence the truncated predictor feedback can bring great convenience in the design and implementation of controllers for time-delay systems by inheriting the effectiveness of the traditional predictor feedback. The truncated predictor feedback approach also possesses the advantage of handling easily the saturation constraints existing in the control systems, and is expected to provide certain theoretical guidance for the related control engineering practice.

时滞系统是具有广泛应用背景的无限维系统，其控制在理论上极具挑战性。另外，任何控制系统的执行器都受到饱和约束，其存在使得实际系统呈现出本质的非线性特征。申请人负责的青年基金项目针对具有饱和约束与时滞的控制系统，提出了一种基于参量Lyapunov方程的控制器设计方法。目前该项目已取得阶段性的进展，发表了学术论文37篇，其中SCI论文32篇，第一作者SCI论文26篇，包括IEEE TAC长文1篇和Automatica长文2篇。本项目在青年基金项目的基础上进一步研究时滞系统的（约束）控制问题，特别地，将针对传统预估器反馈在实现上存在的问题，提出截断预估器反馈的控制思想。其核心是通过截断传统预估器反馈中的相对于名义反馈增益的高阶项而保留占主导地位的低阶项，从而能在保持传统预估器反馈的有效性的前提下，为时滞系统控制器的设计和实现带来巨大的方便，并能有效地处理饱和约束，为相关工程实践提供一定的理论指导。

时滞现象存在于大量的控制系统之中，是造成系统性能降低甚至不稳定的一个重要原因。近年来，随着网络控制的兴起，时滞系统更是受到了前所未有的关注。但由于时滞系统的无穷维特征，其控制在理论上具有挑战性。本项目针对传统预估器反馈在实现上存在的问题，提出了截断预估器反馈的控制思想。其核心是通过截断传统预估器反馈中的相对于名义反馈增益的高阶项而保留占主导地位的低阶项，从而能在保持传统预估器反馈的有效性的前提下，为时滞系统控制器的设计和实现带来巨大的方便，并能有效地处理饱和约束。此外，项目成功地将理论成果应用于航天器交会、姿态控制与编队飞行控制系统的控制器设计，为相关工程实践提供了一定的技术支持和理论指导。.在本项目的资助下，负责人发表标注本项目资助的SCI检索论文42篇（第一作者论文29篇），其中在控制领域的顶级期刊《Automatica》上发表论文12篇（其中第一作者论文9篇，包括第一作者长文3篇）；在控制领域的顶级期刊《IEEE Trans. on Automatic Control》上发表第一作者论文4篇；在控制工程领域的顶级杂志《IEEE Trans. on Control Systems Technology》上发表第一作者论文3篇（长文1篇）；在国际著名出版社Springer出版英文专著1部。授权发明专利3项，申请发明专利3项。.在项目的研究期间，负责人获得“国家自然科学基金优秀青年科学基金”和“霍英东教育基金-青年教师基金”的进一步支持。负责人还获国家自然科学奖二等奖（排名第四）和黑龙江省自然科学一等奖（排名第三）各1项，获得“哈尔滨市自然科学学术界新时期领军人才”、《Automatica》杰出审稿人和《IET Control Theory & Applications》杰出审稿人等称号。在项目的研究期间，负责人担任《Asian Journal of Control》、《控制与决策》、《系统科学与数学》等国际国内著名学术杂志的编委和国际杂志《Journal of the Franklin Institute》的客座主编，担任IEEE CDC、ACC、CCC、CCDC和WCICA等国际国内学术会议的程序委员会委员十余次。负责人当选IEEE Senior Member和国际自动控制联合会（IFAC）线性控制系统技术委员会委员，担任“中国自动化学会”下属3个委员会的委员。