耦合非线性切换系统的增益理论研究及应用

This project studies the small gain theorem problem for coupled nonlinear switched systems and its applications to the control design of tilt-rotor aircraft. Input-to-state stability (ISS) and input-to-output stability (IOS) are important content in the study of the traditional nonlinear systems, and have abroad applied background. The main work includes: Look for the conditions of ISS and IOS of subsystems; In the case of subsystems are ISS and IOS respectively, establish the small gain theorem of switched systems under certain switching signals; For the nonlinear switched systems with special structure, give the construction method of Lyapunov function with ISS and IOS and the controller design scheme; Build and analyze the nonlinear switched system model of tilt-rotor aircraft, conduct switching control design for tilt-rotor aircraft using small gain theorem of switched systems theory and approaches, and complete related experiments and verification. The small gain theorem of nonlinear switched systems will be obtained in the project will develop and refine the existing switched systems theories. Furthermore, the results will be applied to control design of practical systems including tilt-rotor aircraft, and provide feasible scheme to solve control problems of practical systems.

本项目研究耦合非线性切换系统的小增益定理问题并将其应用到倾转旋翼飞行器控制设计中。输入到状态的稳定性(ISS)以及输入输出稳定性(IOS)是传统的非线性系统研究中的重要内容，有着广泛的应用背景。项目将针对耦合的非线性切换系统展开研究，寻找切换系统各子系统的ISS以及IOS的条件；针对子系统为ISS和IOS的不同情况，建立一定切换信号下系统的小增益定理；针对特殊结构的非线性切换系统，给出具有ISS和IOS的Lyapunov函数构造方法及控制器的设计方案；建立和分析倾转旋翼飞行器的非线性切换系统模型，利用切换系统小增益定理的理论和方法，以及Lyapunov函数构造策略，对倾转旋翼飞行器进行切换控制设计，并完成相应的试验验证。 项目所要得到的非线性切换系统的小增益定理，将丰富和完善切换系统理论。同时研究结果将要应用到倾转旋翼飞行器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。

本项目提出了基于小增益定理的切换控制的分析和设计方法。针对线性切换系统以及特殊结构的非线性切换系统，给出使系统保持ISS的Lyapunov函数的构造方案，以及控制器和切换律的双重设计方法。项目所得到的理论结果为切换系统的研究提供了有效的分析和设计方法。同时将研究结果应用到了倾转旋翼飞行器的控制设计中，建立和分析了倾转旋翼飞行器的切换系统模型。利用切换系统的理论和方法，以及Lyapunov函数构造策略，对倾转旋翼飞行器进行切换控制设计，并完成相应的试验验证，为解决实际系统的控制问题提供可行的方案。该项目研究中完成学术论文21篇，其中SCI收录17篇， EI收录21篇，项目负责人依托该项目，还获批科研项目：国家自然科学基金面上项目“基于切换理论的倾转旋翼机过渡过程中优化控制问题研究” 和中央高校基本科研业务费国防创新基金项目。