混合型復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的分析與控制.pdf

1、復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。然而，在近代科學(xué)技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器人、航空航天、通訊、經(jīng)濟(jì)、控制，特別是生物、生態(tài)、醫(yī)學(xué)、物理等眾多領(lǐng)域以及工程實(shí)際中，存在著許多脈沖、跳變、切換和瞬動(dòng)現(xiàn)象，這類現(xiàn)象介于連續(xù)與離散之間，它無(wú)法用純粹的連續(xù)系統(tǒng)或離散系統(tǒng)模型描述，而必須用脈沖或切換系統(tǒng)模型刻劃，此時(shí)我們將這類系統(tǒng)稱之為混合型復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò))。對(duì)于實(shí)際中的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，如具有脈沖跳變或切換等混雜特點(diǎn)，其動(dòng)態(tài)行為

2、會(huì)更加復(fù)雜而難以處理。分析和控制這類脈沖、切換系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)際應(yīng)用提供相應(yīng)的理論和方法十分必要。正是在這樣的背景下，本文著重研究了一些復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(包括普通微分系統(tǒng)、廣義系統(tǒng)、混沌系統(tǒng)等)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在脈沖作用、模式切換、時(shí)滯和不確定擾動(dòng)下的穩(wěn)定性與魯棒性、鎮(zhèn)定與控制等問(wèn)題，運(yùn)用一些新的分析和控制方法，得到了一系列新的理論結(jié)果。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ⑴實(shí)際中的許多動(dòng)力系統(tǒng)模型，如網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等，往

3、往歸結(jié)為廣義微分系統(tǒng)(又稱為微分--代數(shù)系統(tǒng)、奇異系統(tǒng)、描述系統(tǒng)等)，再考慮到系統(tǒng)的混雜性和復(fù)雜性，本文討論了廣義脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒鎮(zhèn)定和魯棒∞ H 控制問(wèn)題。廣義脈沖系統(tǒng)與通常的微分系統(tǒng)、單純的廣義系統(tǒng)和脈沖系統(tǒng)有許多本質(zhì)差異，為此本文首先研究了廣義脈沖系統(tǒng)解的性態(tài)和指數(shù)穩(wěn)定性與E-指數(shù)穩(wěn)定性，給出了這兩種穩(wěn)定性的等價(jià)性充要條件。接著借助于Riccati不等式和Lyapunov函數(shù)等方法，研究了含有不確定擾動(dòng)的奇異脈沖系統(tǒng)的魯棒性

4、，基于狀態(tài)反饋控制器得到了系統(tǒng)滿足魯棒∞ H 準(zhǔn)則的充分條件，并給出了系統(tǒng)魯棒脈沖控制器的算法。對(duì)于混雜系統(tǒng)，往往單一的連續(xù)或離散控制器并不易得到好的控制效果。因此本文還研究了奇異脈沖系統(tǒng)的切換控制及其動(dòng)態(tài)行為，運(yùn)用Lyapunov函數(shù)理論，得出相應(yīng)切換奇異脈沖系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定、鎮(zhèn)定和滿足魯棒∞ H 準(zhǔn)則的一系列充分條件。
　　 ⑵基于脈沖和切換動(dòng)力系統(tǒng)理論，為了使系統(tǒng)的狀態(tài)按照人們事先設(shè)計(jì)好的軌線運(yùn)行，具有更滿意的控制效果，本文提

5、出了一種嶄新的控制方法—混合脈沖與切換控制器，并以此來(lái)控制奇異系統(tǒng)和混沌系統(tǒng)。首先對(duì)具有非線性擾動(dòng)的奇異系統(tǒng)運(yùn)用混合控制方法，結(jié)合對(duì)系統(tǒng)基本解的上界估計(jì)，給出了鎮(zhèn)定控制器的設(shè)計(jì)方法和保證系統(tǒng)平衡點(diǎn)全局魯棒指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。然后研究了非線性混沌動(dòng)力系統(tǒng)在混合控制下的穩(wěn)定性及同步問(wèn)題，利用切換型Lyapunov函數(shù)，得到閉環(huán)系統(tǒng)全局指數(shù)穩(wěn)定的新準(zhǔn)則及驅(qū)使兩混沌系統(tǒng)狀態(tài)誤差指數(shù)趨于零的一些簡(jiǎn)潔的充分條件。
　　 ⑶結(jié)合傳統(tǒng)的自適應(yīng)控

6、制和切換控制的優(yōu)勢(shì)，提出了一種新的控制方法—自適應(yīng)切換控制，控制器參數(shù)的選擇簡(jiǎn)單而靈活，尤其適用于系統(tǒng)有不確定擾動(dòng)和未知參數(shù)的情形。本文將此運(yùn)用到一類有擾動(dòng)和參數(shù)不確定的非線性系統(tǒng)(包括混沌系統(tǒng))，建立了使閉環(huán)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定且使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)漸近同步的準(zhǔn)則。
　　 ⑷混合型復(fù)雜動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)比混合系統(tǒng)更復(fù)雜，因?yàn)檫@類網(wǎng)絡(luò)除具有混合系統(tǒng)的特點(diǎn)外，還需考慮系統(tǒng)之間的耦合和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而這兩個(gè)因素將直接影響網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)行為。許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓

7、撲結(jié)構(gòu)是隨著時(shí)間的變化而變化的，我們稱這類網(wǎng)絡(luò)為拓?fù)淝袚Q復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。本文建立了該網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)模型，并研究了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和控制問(wèn)題。我們首先討論了脈沖作用下拓?fù)淝袚Q復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)漸近穩(wěn)定性，給出了相應(yīng)的充分性條件?？紤]到信息傳輸處理過(guò)程的速度限制，一些現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)普遍存在通訊延時(shí)，我們又研究了拓?fù)淝袚Q復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)存在耦合時(shí)滯時(shí)的鎮(zhèn)定和魯棒 H∞ 控制問(wèn)題，基于混合脈沖和切換控制，用Lyapunov 函數(shù)法，得到了使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定和滿足 H

8、∞準(zhǔn)則的充分條件。我們還考慮了時(shí)變不確定拓?fù)淝袚Q動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的同步問(wèn)題，用自適應(yīng)控制方法估計(jì)未知參數(shù)，得到了誤差動(dòng)力系統(tǒng)全局漸近收斂的條件。
　　 ⑸對(duì)于一般的復(fù)雜動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，首先研究了網(wǎng)絡(luò)帶耦合時(shí)滯的脈沖控制與同步問(wèn)題，得到了閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全局指數(shù)穩(wěn)定和網(wǎng)絡(luò)指數(shù)同步的充分條件。接著，分別研究了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在無(wú)耦合時(shí)滯與有耦合時(shí)滯情形下的耗散性問(wèn)題，通過(guò)線性化等方法，建立了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)誤差系統(tǒng)的輸入輸出滿足耗散性條件的準(zhǔn)則。我們把這類問(wèn)題