区间二型模糊系统的分析与控制

Interval type-2 fuzzy system (IT2FS) has demonstrated potential to handle ill-defined and complex applications with excellent performance because of its superior capability of reasoning and handling uncertainties. It is evident by a wide range of applications such as robots, industrial processes, socio-economic and so on. Lacking of systematic and effective analysis and design tools will hinder the application of IT2FS to real-world systems where the stability and performance are of important issues. For the complex uncertain nonlinear system, based on the T-S modeling method, this proposal investigates the problems of modeling, analysis and control synthesis for the IT2FS; By considering the property and the information of the membership function of the interval type-2 T-S fuzzy system (IT2TSFS), this project develops more relaxed stability analysis and controller design methods; Based on these approaches, this project further studies the output-feedback control and multi-objective control design problems; For the practical nonlinear uncertain system,based on IT2TSFS, the proposal develops an effective control design strategy; By utilizing numerical and semi-physical simulation, the effectiveness of the proposed control methods can be approved. The purpose of this project is to develop a more complete method for modeling, analysis and control synthesis for IT2TSFS and then apply theoretical results to the practical systems.

区间二型模糊系统具有优越的推理和处理不确定性的能力，它能广泛地应用到复杂不确定的实际系统中，如机器人、工业过程以及社会经济等领域。但区间二型模糊系统缺乏有效的系统分析和设计方法，在实际系统的稳定性与性能分析方面的理论方法还比较有限。针对复杂不确定非线性系统，根据T-S模型的建模方法，建立基于区间二型模糊控制系统模型。综合考虑区间二型T-S模糊系统的隶属度函数特征与信息,发展较为宽泛的稳定性分析以及控制器设计方法;在此基础上，进一步研究区间二型T-S模糊系统的输出反馈控制器以及多目标控制器设计等问题；在非线性不确定实际的工程系统背景下，提出有效的基于区间二型T-S模糊系统的控制设计方案；通过数值仿真与半实物仿真验证所提出控制方法的有效性。本项目的宗旨是提出一套较为完备的区间二型T-S模糊系统的建模、分析与控制综合方法，为实际工程系统的控制设计研究提供理论支持。

该项目针对复杂不确定非线性系统，根据T-S 模型的建模方法，建立基于区间二型模糊控制系统模型，综合考虑区间二型T-S 模糊系统分析与控制问题，提出一套较为完备的区间二型T-S 模糊系统的建模、分析与控制综合方法，获得了一些较高水平的理论研究成果。详细的研究内容包括：1) 针对模糊系统中隶属度函数带有不确定参数的问题，基于区间二型模糊系统，考虑了较为一般的区间二型模糊模型与区间二型反馈控制器不共用相同的隶属度函数，在一种新颖的包含多种性能指标的统一框架下，解决了隶属度函数不匹配的区间二型模糊系统的状态反馈和输出反馈的控制问题；2) 针对区间二型模糊系统，首次构造了隶属度函数不匹配的滤波器，充分利用边界条件信息，在多性能指标的框架下以及稳定性区域限制下，解决了区间二型模糊系统的滤波器设计问题,给出了区间二型模糊系统状态估计的新颖方法。此外，利用原系统和降阶模型输入输出特性，首次建立降阶模型的求解条件，使得其在给定的性能指标约束下误差最小，在区间二型模糊模型框架下提出了优化降阶新方法。3) 针对带有不确定的非线性汽车悬架系统，基于T-S模型建模方法以及新颖的Lyapunov函数方法，提出非线性系统模糊控制的新颖的判别条件，给出模糊控制器的设计方案，解决了悬架系统的模糊采样控制的难点问题，所设计的控制器提高了汽车悬架系统的性能; 4)所有的控制方法进行了计算机仿真研究。在本项目实施过程中，本课题组在Automatica、IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Cybernetics、IEEE Transactions on Fuzzy Systems等国际SCI期刊与国内外会议上发表表论文(含录用)40篇，其中在 Automatica与IEEE 汇刊上发表论文21篇(长文15篇)，其它SCI期刊(如Information Sciences，IET Control Theory & Application)论文13篇，国内外会议论文6篇；以第一作者身份在科学出版社出版中文专著一部。