[01243617]执行器饱和多时滞系统的控制综合及抗饱和设计

课题来源与背景：实际动态系统中，时滞现象是无处不在的。

首先，许多实际系统自身含有状态或状态导数延迟现象，比如机械系统、化工过程、电力系统、经济系统、神经网络等。

其次，信号的感知、传输和执行需要一定时间，这会导致控制系统实际接收到的测量和控制信号是延迟的。

此外，许多控制现象或策略可以用时延来描述，比如网络化控制中的数据丢包现象、基于采样数据的控制策略和事件触发机制等。

而且，在许多实际系统中，多时滞现象是经常出现的，比如多变量控制系统、多包传输网络化控制系统、复杂动态网络及多智能体系统等中往往会出现多个不相等的时滞。

另一方面，出于安全考虑或者物理元器件自身局限性，几乎所有实际反馈控制系统都会受到物理执行器的幅值或速率限制。

比如，电机不可能产生无穷转矩;放大器输出电压不可能无限制大;飞机垂直尾翼控制水平转向时，它的转向角有最大限制且它的转动速率不能过快，否则飞机要翻滚引起事故。

研究目的与意义：时延的存在是系统不稳定和性能退化的主要因素。执行器的饱和限制也将会导致闭环性能出现退化，甚至会诱因不稳定性和极限环产生。

控制设计忽略时延现象和执行器限制将会导致闭环性能出现严重退化，甚至会诱发灾难性后果因此，对具有执行器饱和与（多）时滞共存的控制系统进行研究具有重要的理论意义和实际应用前景。

主要论点与论据：在对具有执行器饱和与（多）时滞共存的控制系统研究时，闭环时滞系统的稳定性分析和饱和非线性的处理是两个首要解决的关键科学问题。文献在对多时滞系统进行稳定性分析时仅仅利用了多时滞信息，并没有充分利用多个时滞之间的信息。而且，文献在处理执行器饱和带来的非线性时仅仅利用了经典的线性系统的方法，完全忽略了系统的时滞信息。因此，文献对具有执行器饱和约束的时滞系统的研究具有较大保守性。

创见与创新：针对多时滞系统稳定性分析中存在的保守性，通过利用多时滞之间的信息，提出了多时滞相互关联的稳定性分析方法，并利用该方法研究了几类多时滞系统的稳定性问题，得到了具有较小保守性的稳定性准则，拓宽了文献结果的应用范围。考虑到时滞无关饱和非线性处理方法的保守性，提出了依赖于系统时滞的时滞相关饱和非线性处理技术，并利用该方法研究了执行器饱和时滞系统的控制综合和抗饱和补偿设计问题，得到了具有较小保守性的区域控制条件和抗饱和补偿设计准则。

针对执行器饱和与多时滞同时共存的控制系统，利用前面提出的重要技术，研究了对应的控制综合和抗饱和补偿设计问题，并应用所得研究结果考虑了含有时滞的多区域电力系统的控制设计问题且取得较为满意的效果社会经济效益，存在的问题：本课题对具有执行器饱和约束的时滞系统进行了深入研究，提出了多时滞相互关联的稳定性分析方法和时滞相关的饱和处理技术，建立了保守性更小的控制综合和抗饱和补偿新理论，突破了文献在这一研究方向上的限制，为一些实际控制系统的分析和设计提供了理论依据。

然而，需要指出的是，本课题建立的条件是充分的，因此所得研究结果仍具有一定的保守性。如何进一步降低所得结果的保守性是我们后续的研究。

另外，本课题主要涉及应用基础理论研究，对实际工程控制系统的研究和探讨较少。

历年获奖情况：

课题研究成果共发表SCI收录期刊论文9篇，其中2篇发表在国际控制领域顶级刊物《IEEE Transactions on Automatic control》和《Automatica》上，得到了包括IEEE Fellow巴西科学院院士C. de Souza教授、IEEE Fellow香港大学James Lam教授、教育部长江学者何勇教授等多位知名专家的引用和正面评价。

课题第一完成人为河南省教育厅学术技术带头人、河南省高校青年骨干教师，英国Brunle大学访问学者、河南科技学院特聘教授。

课题获得了国家自然科学基金的资助，研究成果没有申报任何奖励。