受限T-S模糊系统输出反馈控制及其应用研究

For the input saturated T-S fuzzy system, the study of output feedback control and related problems will be carried out in this research, specific research contents are as follows: for the T-S fuzzy system with unmeasurable premise variables and unknown external disturbance, H∞ observer-controller design and analysis problems in finite frequency will be studied, to simplify the design process and reduce the conservativeness, separation principle conditions for the designed observer-controller will be discussed. Then for the control input amplitude and rate saturation constraints with unsymmetrical and unknown parameters, the controller design and analysis are addressed, the method for guaranteeing system globally stable under static control gain will also be studied. Finally, in the stability analysis of T-S fuzzy system, based on the fuzzy Lyapunov function approach, improved membership functions and their derivatives involvement approaches will be investigated to further reduce the conservativeness. All the proposed algorithms in this research will be tested through ship dynamic positioning physical simulation system.

本项目针对带有输入饱和的T-S模糊系统输出反馈控制及相关问题进行研究，具体内容包括：考虑T-S模糊系统前件变量不可测且带有未知干扰，研究有限频域范畴内H∞鲁棒观测器-控制器的设计与分析问题，探讨观测器和控制器分离原理的成立条件，达到简化设计流程、降低保守性的目的。随后，研究控制输入项带有幅值和速率非对称形式饱和、且约束参数未知等复杂饱和限制时，控制器的设计与分析问题，同时探究输入饱和T-S模糊系统能够在静态控制增益下实现类似全局稳定性的方法。最后，在T-S模糊系统稳定性分析中，基于模糊Lyapunov函数，研究更充分引入隶属度函数及其导数信息的方法，以期进一步降低系统保守性。项目提出的算法将在船舶动力定位半实物仿真平台中进行试验，以验证算法在工程上的有效性。

本项目以T-S模糊系统作为研究对象，针对其带有的输出反馈、稳定性分析和输入饱和问题分别进行了深入的研究。首先针对输出反馈控制，研究了全维观测器-控制器设计方法，对于误差系统稳定性和鲁棒性分析过程中产生保守性的原因进行分析，提出了新的LMI转化方法；就有限频域内未知前件变量情况下的观测器-控制器设计问题，提出了误差转换方法予以解决；再次，对观测误差系统进行解耦，得到了保守性更低的稳定性和鲁棒性条件。对于函数观测器，利用系统转换方法和鲁棒性分离原理，成功的进行了完整的设计与分析。在针对上述研究内容中得到的观测-控制误差系统，研究了对隶属度进行线性和非线性逼近后，在稳定性条件中引入隶属度信息的方法，较好地降低了保守性；同时，探究了在隶属度空间进行包络的稳定性分析方法，相较于已有方法，也得到了良好的效果。最后针对输入饱和问题，将其视为一种执行器故障，在更广泛的尺度中对该问题进行探讨，研究了利用多项式函数逼近系统推进器布置矩阵和抗饱和控制等相应方法，保证了输入饱和情况下系统的稳定。