切换系统的无扰多指标依赖切换控制问题研究

This project studies the analysis and design issues of the bumpless transfer multiple index-dependent switching control for switched systems. In the analysis and design aspects of the multiple index-dependent switching signal, a generalized multiple Lyapunov function framework is established. Then, a multiple index-dependent switching signal is designed, which is connected with multiple index, for example the dwell time, the state. Under such a switching signal, a stability criterion for switched systems is obtained. The co-design methods of multiple index-dependent switching signals and feedback controllers are established, especially for basic design problems such as stabilization. For the analysis and design aspects of bumpless transfer, the focus is put on bumpless transfer of compensation-type and gain constraint-type. We will study how the bumpless transfer of compensation-type and gain constraint-type influence the system behaviors. The dual-control design methods of switchings and bumpless transfer are presented to solve a variety of control problems using the method of generalized multiple Lyapunov functions subject to the bumpless transfer. In addition, it is possible to apply the results of this project in switching control design for aero-engines..The results of the study help discover the interactions between continuous dynamics and discrete dynamics and the function of bumpless transfer. The study establishes systematic analysis and design methods for switched systems under the sense of the bumpless transfer. The results provide possible methods and ideas to solve bumpless transfer control problems of practical systems.

本项目研究切换系统的无扰多指标依赖切换控制的分析与设计问题。在多指标依赖切换信号的分析与设计方面：建立拓广的多Lyapunov函数框架，设计与驻留时间、状态等多个指标同时相关的多指标依赖切换信号，获取在此切换信号下切换系统的稳定性判据；提出多指标依赖切换信号与反馈控制器的双重设计方法，解决切换系统的镇定等基本控制问题。在无扰切换控制分析与设计方面：主要针对补偿型和增益受约束型无扰切换进行研究，获取补偿型和增益受约束型无扰切换对系统性能的影响，提出切换控制与无扰控制的联合设计方法，特别是使用拓广的多Lyapunov函数方法，解决在无扰切换意义下切换系统的多种控制问题。另外，本项目的研究成果可望应用到航空发动机的切换控制设计中。.项目的研究将揭示连续动态、离散变量之间的相互作用规律以及无扰切换在其中的作用；为切换系统的分析和控制设计提供一套新的理论和方法，并探索该方法在实际控制中的应用。

本项目研究了切换系统的无扰多指标依赖切换控制的分析与设计问题。在多指标依赖切换信号的分析与设计方面：拓广了多Lyapunov函数概念，设计了与驻留时间、状态等多个指标同时相关的多指标依赖切换信号，在此切换信号下建立了切换系统的稳定性判据；进一步提出了多指标依赖切换信号与反馈控制器的双重设计方法，解决了切换系统的镇定等基本控制问题。在无扰切换控制分析与设计方面：针对补偿型和增益受约束型无扰切换进行了研究，深入研究了补偿型和增益受约束型无扰切换对系统性能的影响，提出了切换控制与无扰控制的联合设计方法，特别是使用拓广的多Lyapunov函数方法，解决了在无扰切换意义下切换系统的多种控制问题。建立和分析了航空发动机的切换控制模型，利用切换系统理论和方法，对于航空发动机进行了切换控制设计，并分析了相应的运动特性，完成了相应的验证。. 项目的研究完成了预定的目标，取得了一系列成果。共发表基金标注SCI期刊论文26篇，以第一/通讯作者在 IEEE Transactions等国际主流控制期刊发表论文9篇，包括IEEE Transactions on Cybernetics 3篇，IEEE Transactions on Industrial Electronics 1篇，IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 1篇。经过项目的研究，获得了多模态之间演化规律和无扰切换性能的若干属性。研究成果为切换系统的各种控制问题提供了可解性条件和解决方案，为揭示连续动态、离散变量之间的相互作用规律以及无扰切换在其中的影响提供重要的依据，为切换系统的研究提供有效的分析和设计方法，发展和完善了切换系统理论。同时，研究成果还可应用到航空发动机等实际系统的控制设计中，为解决实际系统的控制问题提供可行的方案。