基于区间二型模糊模型的非线性系统滑模控制问题研究

Practical systems often possess the characteristics of nonlinearity, complex uncertainty, time-varying and mutable structure of input and output. Interval type-2 (IT2) T-S fuzzy model is a novel and effective control method for nonlinear systems with uncertainties. With respect to the type-1 T-S fuzzy model, the IT2 T-S fuzzy model approach can be more comprehensive to describe these characteristics, conducive to analyze and optimize the stability and performance indices, and less conservative and more general. On the other hand, because of the strong robustness and good dynamic quality, sliding mode control (SMC) has been widely studied in many fields. At present, most study results on fuzzy SMC are based on the type-1 fuzzy model, and no results are based on the IT2 T-S fuzzy model. This project that based on IT2 T-S fuzzy systems with SMC approach and matrix analysis technique, etc., is devoted to investigating the fuzzy SMC for IT2 T-S fuzzy systems with unmatched perturbations, the output-feedback-based and multi-objective SMC design for IT2 T-S fuzzy systems, and the application in uncertain vehicle suspension systems based on the presented theoretical results. The objective of this project is to propose a more complete set of fuzzy SMC theory based on IT2 T-S fuzzy systems, and in turn, provides a practical design method for engineering and technical personnel.

实际系统往往具有非线性、复杂不确定性、时变性以及输入输出的结构多变性等特征。针对非线性不确定控制系统，基于区间二型T-S模糊模型的模糊控制是一种有效的控制方法。相对于一型T-S模糊模型，区间二型模糊模型可以较为全面的对这些特征因素进行描述, 建立有利于稳定性和性能指标的分析与优化的系统模型，并具更低的保守性和较强的通用性。另一方面，滑模控制因其具有强鲁棒性和良好的动态品质得到广泛研究。目前，针对T-S模糊模型的滑模控制研究大多是基于一型模糊模型，尚未发现基于该类区间二型模糊模型的滑模控制结果。本项目基于区间二型模糊模型，利用滑模控制方法以及矩阵分析技术，研究基于区间二型模糊模型的非线性系统滑模控制问题和基于输出反馈的多性能指标的滑模控制问题，并将理论结果应用到汽车主动悬架非线性系统中。本项目的宗旨是提出一套较为完善的基于区间二型模糊模型的滑模控制理论，并为工程技术人员提供实用的设计方法。

本项目针对复杂不确定非线性系统，基于区间二型T-S模糊建模方法，建立了区间二型模糊控制系统模型，解决了基于区间二型模糊系统的模糊滑模控制问题，提出了一套较为完善的、行之有效的区间二型模糊系统建模、分析以及综合的方法，取得了一些较高水平的研究成果。详细内容主要包括：.1.利用上下界隶属函数解决了系统中的不确定性问题。基于上下界隶属度函数的特点，尽量简化区间二型模糊系统的前件隶属函数、简化模糊规则数目，结合滑模运动存在的条件，建立了适用于滑模控制器设计的区间二型T-S模糊模型。.2.基于区间二型模糊模型的特点，设计了新颖的线性滑模面函数，结合奇异值分解以及自适应方法，提出了抗饱和的输出反馈模糊滑模控制方案。.3.基于系统状态并利用Lyapunov稳定性理论和LMI方法设计了新型积分型滑模面，根据滑模面特点，并针对隶属度函数的不确定性利用自适应方法，设计了滑模控制器保证系统一致有界稳定，解决了隶属度函数存在不确定参数和系统输入矩阵不同的滑模控制问题.4.基于设计的新颖的积分型滑模面，在多性能指标约束的框架下，提出了区间二型T-S模糊系统性能分析以及区间二型模糊滑模控制器设计方案，保证了闭环系统在多性能指标约束的前提下满足系统状态一致有界稳定，解决了区间二型T-S模糊系统的模糊滑模控制器设计问题。.5.在传感器/执行器故障情形下，将部分理论研究成果用于解决汽车悬架系统的容错控制问题，仿真结果验证了方法的有效性。.在本项目资助下，本课题组在Automatica、IEEE TAC、IEEE TFS、IEEE TCYB、 IEEE TSMCS等国际SCI期刊与国际会议上发表论文40篇，培养了研究生25名。