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        基于增廣Lyapunov 泛函的時(shí)變時(shí)滯T-S模糊系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

        2023-06-09 07:05:26龍奕璇肖伸平
        關(guān)鍵詞:李雅普諾夫乘積

        龍奕璇,肖伸平

        (1. 湖南工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院,湖南 株洲 412007;2. 電傳動控制與智能裝備湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 株洲 412007)

        1 研究背景

        近幾十年來,T-S 模糊模型得到了學(xué)者們的廣泛研究,這是因?yàn)樗ㄟ^將局部線性模型與模糊隸屬函數(shù)相結(jié)合,可以有效地描述非線性系統(tǒng)[1]。眾所周知,T-S 模糊系統(tǒng)不可避免地會存在時(shí)滯現(xiàn)象,而時(shí)滯的存在可能會導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化或者不穩(wěn)定,而系統(tǒng)的穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的基石[2-6]。因此,對T-S 模糊系統(tǒng)中的時(shí)滯問題進(jìn)行研究顯得至關(guān)重要。

        雖然對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析的方法有很多,但是能夠有效地應(yīng)用于線性、非線性、時(shí)不變和時(shí)變系統(tǒng)的方法只有李雅普諾夫泛函方法。基于該方法分析時(shí)滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題時(shí),其首要任務(wù)是選擇合適的李雅普諾夫泛函。常見的李雅普諾夫泛函構(gòu)造方法包括增廣李雅普諾夫泛函法[7]、時(shí)滯分段李雅普諾夫泛函法[8],以及時(shí)滯乘積型李雅普諾夫泛函法[9]。其次,需要對李雅普諾夫泛函求導(dǎo)后產(chǎn)生的積分項(xiàng)進(jìn)行準(zhǔn)確地估計(jì)。比較有效且流行的估計(jì)方法是積分不等式法,常用積分不等式主要包括Jensen 不等式[10]、Writinger 不 等 式[11]、Bessel-Legendre 不等式[12]、自由權(quán)矩陣積分不等式[13]。目前,這些方法已被應(yīng)用到時(shí)滯T-S 模糊系統(tǒng)的研究中。例如,文獻(xiàn)[14]采用了增廣李雅普諾夫泛函方法與線積分李雅普諾夫函數(shù)的方法,研究了時(shí)變時(shí)滯T-S 模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定性問題,但是對泛函求導(dǎo)后的積分項(xiàng)進(jìn)行估計(jì)時(shí),仍然使用了具有一定保守性的Writinger 不等式。文獻(xiàn)[15]在李雅普諾夫泛函中引入了時(shí)滯乘積項(xiàng),并且運(yùn)用了改進(jìn)逆凸不等式方法,放寬了泛函的正定條件。文獻(xiàn)[16]采用二階時(shí)滯乘積方法,在泛函中引入了二階時(shí)滯乘積項(xiàng),使構(gòu)造的李雅普諾夫泛函包含更多的有效信息。由此可見,一個(gè)合適的李雅普諾夫泛函直接影響著系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)的保守性。

        綜上所述,本文擬對時(shí)變時(shí)滯T-S 模糊系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性研究。為了得到較小保守性的穩(wěn)定性判據(jù),首先,利用增廣李雅普諾夫泛函方法與線積分李雅普諾夫函數(shù),構(gòu)造一個(gè)能捕捉到更加有效時(shí)滯信息的泛函。然后,運(yùn)用估計(jì)精度更高的廣義自由權(quán)矩陣積分不等式方法處理由李雅普諾夫泛函求導(dǎo)后產(chǎn)生的積分項(xiàng),從而得到了一個(gè)保守性更低的三階時(shí)滯依賴的穩(wěn)定條件。最后,通過三階矩陣多項(xiàng)式的判定方法,將此穩(wěn)定條件轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式的形式。

        整文采用如下標(biāo)號,Rn表示實(shí)數(shù)域的n維向量空間;Rn×m和Sn分別表示n×m維實(shí)矩陣和n×n對稱矩陣;上標(biāo)‘T’和‘-1’分別表示矩陣的轉(zhuǎn)置和逆;diag{}表示對角陣;0 表示具有適當(dāng)維數(shù)的零矩陣;*表示矩陣中的對稱項(xiàng);Sym{A}=A+AT。

        2 問題描述

        3 主要結(jié)論

        4 數(shù)值實(shí)例

        本節(jié)中,將提供兩個(gè)數(shù)值實(shí)例來驗(yàn)證所使用方法的優(yōu)越性和有效性。

        例1考慮帶有以下系統(tǒng)矩陣的系統(tǒng)(3):

        對于不同的時(shí)滯導(dǎo)數(shù)上界μ=μ1=-μ2,表1 列出了基于定理1、推論1 和其他現(xiàn)有穩(wěn)定性判據(jù)所得到的最大允許時(shí)滯上界,其結(jié)果如表1 所示。

        表1 例1 中不同μ 下得到的最大時(shí)滯允許上界Table 1 Maximum allowable upper bound of delays with different μ values in example 1

        從表1 可以看出,定理1 計(jì)算出的最大時(shí)滯允許上界最大,這說明本文提出的穩(wěn)定性判據(jù)具有較小的保守性。通過比較定理1 和推論1 的數(shù)值結(jié)果可與看出,基于定理1 所得到的最大允許時(shí)滯上界更大,這說明了本文引入的線積分李雅普諾夫函數(shù)Va(t)和增廣李雅普諾夫函數(shù)Vb(t)有利于降低穩(wěn)定性判據(jù)的保守性。

        例2考慮帶有下列系統(tǒng)矩陣的系統(tǒng)(3):

        表2 列出了通過各種方法計(jì)算出的最大允許延遲上界。不難看出,對于不同的時(shí)滯上界導(dǎo)數(shù)μ=μ1=-μ2,基于定理1 所得到的最大允許時(shí)滯上界高于其它的穩(wěn)定性判據(jù),這再次說明本文所提出的方法且具有一定的優(yōu)越性。

        表2 例2 中不同的μ 下得到的最大時(shí)滯允許上界Table 2 Maximum allowable upper bound of delays with different μ values in example 2

        5 結(jié)語

        采用李雅普諾夫理論對含有時(shí)變時(shí)滯的T-S 模糊系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過構(gòu)造一個(gè)包含更多時(shí)滯有效信息的李雅普諾夫泛函,并結(jié)合估計(jì)精度更高的廣義自由權(quán)矩陣積分不等式,得到了一個(gè)新的保守性更低的穩(wěn)定性判據(jù)。再利用三階矩陣不等式方法將其轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式的形式。最后,通過兩個(gè)實(shí)例驗(yàn)證了本文方法的優(yōu)越性。

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