非线性ODE-PDE耦合系统的模糊建模与控制

The rapid development of mordern high-new technology yields a lot of complex nonlinear lumped parameter systems coupled with distributed parameter systems. This project is proposed for a class of nonlinear systems described by the ordinary differential equations (ODEs) coupled with partial differential equations (PDEs), which will start from their mechanism models to conduct the theoretical study of analysis and control design of fuzzy coupled ODE-PDE systems. First, the methods of establishing fuzzy coupled ODE-PDE model will be probed. Subsequently, the well-posedness, controllability(stabilizability) and observability (detectability), stability and performance of the fuzzy coupled ODE-PDE system will be analyzed, and the corresponding criteria will be set up. Then, based on the analysis results, the control design methods of the fuzzy coupled ODE-PDE system will be developed. Finally, the proposed theoretical results will be applied to the thermal protection control of hypersonic vehicles and the chaos control of semiconductor elements to verify their effectiveness.The implementation of the project will not only provide a new theory of analysis and control design based on fuzzy coupled ODE-PDE model for nonlinear coupled ODE-PDE systems, but also promote the developments of fuzzy control technique and nonlinear distributed parameter control theory to a higher level. It is of great scientific and practical importance.

现代高新技术的迅速发展派生出许多复杂的非线性集中参数与分布参数相耦合的系统。本项目拟针对一类非线性ODE-PDE耦合系统，从其机理模型出发，来开展模糊ODE-PDE耦合系统的分析与控制设计理论研究。探讨建立模糊ODE-PDE耦合模型的方法，分析模糊ODE-PDE耦合系统的适定性、能控（稳）性与能观（检）性、稳定性及性能等，并建立相应的判据，在此基础上进一步研究模糊ODE-PDE耦合系统的模糊控制设计方法。而且，理论结果将被应用于高超声速飞行器的热防护控制中来检验其实用性。本项目的实施，不仅会为非线性ODE-PDE耦合系统提出一套全新的基于模糊ODE-PDE耦合模型的分析与控制设计理论，也会推动模糊控制技术与非线性分布参数控制理论向更高层次发展，具有重要的科学意义和实际应用价值。

现代高新技术的迅速发展派生出许多复杂的非线性集中参数与分布参数相耦合的系统，它们的状态变化规律不能简单地用纯常微分方程(ODE)或偏微分方程(PDE)来描述，而需要用ODE-PDE耦合模型来描述，其分析与控制设计远比纯ODE或PDE系统复杂，很难直接使用现有的纯集中或分布参数系统理论来解决。本项目针对非线性ODE-PDE耦合系统，从其机理模型出发，研究了其T-S模糊建模与模糊控制设计问题。给出了非线性ODE-PDE耦合系统T-S模糊建模方法，建立了模糊ODE-PDE耦合系统的适定性、稳定性及性能分析框架，提出了基于模糊ODE-PDE耦合模型的模糊控制设计方法。而且，理论结果已被应用于高超声速飞行器的热防护控制中来检验其实用性。研究成果发表在IEEE汇刊与Automatica等国际知名学术期刊上。其中在IEEE汇刊上发表论文23篇(包括在IEEE Trans. Fuzzy Syst.上发表论文6篇，在IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.上发表论文5篇，在IEEE Trans. Cybern.上发表论文3篇等)，在自动化领域权威期刊Automatica上发表论文2篇，在模糊系统与理论方面的国际权威期刊Fuzzy Sets Syst.上发表论文5篇，另有8篇论文发表在J. Process Control、Int. J. Robust Nonlinear Control、IET Contr. Theory Appl.、Int. J. Control等自动化及相关领域国际知名SCI源期刊上。此外，还在IEEE Conference on Decision and Control、Chinese Automation Congress与Chinese Control Conference等国内外重要学术会议上发表论文17篇。总计55篇。所发表论文经SCI检索收录35篇，EI收录52篇，EI待收录3篇，入选ESI数据库高被引论文7篇。在国内外出版学术专著与章节3部。项目的实施，不仅为非线性ODE-PDE耦合系统提出一套全新的基于模糊ODE-PDE耦合模型的分析与控制设计理论，同时也推动模糊控制技术与非线性分布参数控制理论的发展，具有重要的科学意义和实际应用价值。