时滞混杂系统的滑模观测器设计与应用研究

Based on improving the existing sliding mode observer (SMO) approach, this project will deal with several shortcomings and unsovled problems for traditional SMO theory and further carry out in-depth research on stability analysis and control problems of time-delay hybrid dynamic systems. The main research contents are that: Study on improving the discontinuous SMO and multi-switching surfaces method; Study on SMO design for uncertain time-delay hybrid systems, including a class of switched systems with time-delay and time-delay stochastic Markovian jump systems; Study on SMO design for uncertain time-delay switched singular systems; Study on the simulation and experimental validation. Through the research of this project, we could not only enrich and develop the control theory of nonlinear systems, but also provide solid theoretical guidance and effective technical supports for practical applications to power systems and underwater robots, etc, which has important scientific significance and application values.

本项目针对传统的滑模观测器理论存在的部分缺陷和尚未解决的问题，拟在改进现有滑模观测器的基础上，对若干时滞混杂动态系统的稳定性分析与控制问题进行深入研究，主要研究内容包括：非连续滑模观测器及多滑模切换面方法的改进；不确定时滞混杂系统的滑模观测器设计，包括时滞切换系统和时滞随机Markovian跳变系统情形；不确定时滞切换广义系统的滑模观测器设计；仿真与实验验证研究。通过本项目的研究不仅能够丰富和发展非线性系统的控制理论，而且为电力系统、水下机器人等实际工程的应用提供坚实的理论指导和有效的技术支撑，具有重要的科学意义和应用价值。

本项目针对传统滑模观测器设计存在的切换控制器及其补偿器输入、时滞信息不精确可知及由此带来的观测器设计中存在的部分问题，简化了传统的滑模观测器方案，对若干时滞(混杂)动态系统的稳定性分析与控制问题作了进一步研究。本项目设计了不依赖控制输入及其补偿器的观测器方案，在一定程度上解决了现有滑模观测器在输入非光滑、滑模面多切换等因素对系统控制实现的局限性问题，对传统非连续滑模观测器设计及观测器理论起到了一定的补充。利用时滞系统理论、随机系统控制理论、混杂系统控制理论、广义系统控制理论、滑模控制理论、神经网络技术、观测器设计和自适应技术，基于所设计的滑模观测器，给出了系统的新型线性滑模面设计，研究了不确定随机时滞非线性系统的自适应控制问题，解决了随机系统模型参数受限问题。讨论了基于状态估计的不确定随机时滞中立型系统的自适应滑模控制问题，以较准确地估计系统的未知内部信息，导出了闭环随机时滞中立型系统在滑模面上指数稳定的充分条件。基于滑模观测器估计信息，对一类不确定时滞广义系统的自适应滑模变结构控制问题进行了研究，设计了单一的线性滑模面，给出了闭环系统稳定的新的充分性判据，并将线性滑模面设计方案推广到一类带有时滞的马尔科夫跳变物理系统的自适应变结构控制中。在理论上深入探讨了自适应滑模观测器对复杂系统动力学渐近行为的影响和作用，在实践上指导了电路系统、机械臂系统和分布式网络等典型的具有参数跳变特性等网络系统的设计与实现，具有一定的科学意义和应用价值。