非理想条件下不确定切换系统的滑模控制方法研究

As an important class of hybrid systems, switched systems have broad engineering background. Sliding mode control is an effective control method for uncertain switched systems. Recently, most results on sliding mode control of switched systems are obtained under the ideal conditions. However, in many practical applications, switched systems are inevitably affected by some non-ideal factors, such as stochastic disturbances, limited capacity channel and unstable subsystems. These factors result in that the existing sliding mode control methods are not applicable or partially applicable. This project takes the uncertain switched systems with parameter uncertainties and external disturbances as the research objects. It will take into account different non-ideal factors, including stochastic disturbances, limited capacity channel and unstable subsystems. The effects of these issues imposed on the sliding mode control of the switched systems will be analyzed. Meanwhile, by combining the average dwell time approach, runcated Lyapunov fuction, dynamic decomposition method and rubust control theory, we aim to reveal the above non-ideal factors on the dynamic characteristics of the switched systems and the sliding mode control systems. As a consequence, we can design effective switching signals and sliding mode controllers to compensate for the unfavorable influence of the above factors. The implementation of this project will widen the research field of the sliding mode control and enrich the theory of the switched systems. Therefore, this project has great theoretical and practical significance.

切换系统是一类重要的混杂动态系统，具有广泛的工程应用背景。滑模控制是研究不确定切换系统的有效方法，目前切换系统滑模控制的研究主要是建立在理想条件下展开的。然而在许多实际应用中，切换系统不可避免地受到各种非理想因素（如随机扰动、通信受限及子系统不稳定）的影响，从而导致已有的滑模控制设计方法不再适用或部分适用。因此，本项目以含有参数摄动和外界扰动的不确定切换系统为研究对象，将综合分析随机扰动、通信受限及子系统不稳定这三种实际系统中常见的非理想因素对切换系统滑模控制的设计和分析造成的影响；同时，结合平均驻留时间、截断Lyapunov函数、动态分解和鲁棒控制等方法，揭示上述非理想因素对切换系统和滑模控制系统动态性能造成的影响，进而设计出有效的切换信号和滑模控制器，用以补偿上述因素对系统产生的不利影响。本项目的实施将拓宽滑模控制的研究领域，丰富切换系统的理论，具有重要的理论意义和应用价值。

（1）研究了随机切换系统的滑模控制。不再约束子系统的输入通道相同，通过引入输入矩阵加权方法，设计了公共滑动表面。设计了自适应滑模控制器，有效地补偿了执行器退化带来的影响，降低了已有工作中执行器故障上下限已知的保守性，并保证了滑模面的可达性。通过建立了矩阵等式约束条件，将Hessian项驱使到滑模面上，并结合平均驻留时间方法，建立了滑动模态均方指数稳定的充要条件。.（2）研究了网络攻击下切换系统的安全控制。首先，为提高网络传输的利用率，采用事件驱动方法，设计了输出反馈控制器和切换信号，建立了网络攻击和系统性能之间的量化关系。为平衡系统性能和数据传输效率，进一步研究了基于混合驱动的网络切换系统的安全控制。当传输线带宽被过度占用时选择事件触发，否则选择时间触发，两种通信的切换由伯努利过程来描述，为网络系统的安全控制提供了新思路。.（3）研究了含不稳定子系统的切换系统的稳定性分析。通过设计模型依赖平均驻留时间切换信号，针对稳定子系统和不稳定子系统分别设计了慢切换信号和快切换信号，降低已有成果中驻留时间的保守性。建立了非线性离散切换系统全局一致指数稳定的充分条件，并得到了线性离散切换系统的稳定性条件，推广了驻留时间方法。.（4）基于滑模控制研究了多区域互联电力系统的负荷频率控制。首先研究了含风电和电动汽车的多区域风电互联电力系统的负荷频率控制，设计滑模控制器实现了系统的调频，为提高系统性能，对控制器参数进行了优化。在此基础上，进一步研究了光伏储能多区域互联电力系统负荷频率控制。结合协同控制中的储能系统和滑模控制方法，设计了自适应快速终端滑模控制器，保证了系统的稳定性，为电力系统的负荷频率控制提供了新技术。.本项目的研究不仅给出了上述问题的解决方法，而且对于拓宽滑模控制的研究领域，丰富和完善切换系统的控制理论方法具有重要的理论研究意义和实际应用价值。