理论教育 基于算子理论的右互质分解技术

基于算子理论的右互质分解技术

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:基于算子理论的右互质分解技术不被输入信号的形式所牵制,现已成为解决非线性控制系统的分析和应用等问题的有效方法。另外,值得我们留心的一个地方是,应当注意到系统的初始状态,要求符合条件式:图2-5基于演算子理论的非线性反馈控制系统Bezout方法的实质为:利用右互质分解技术将一个非线性算子以两个非线性稳定算子“比”的形式表示出来,再相应地找出两个稳定算子,与上述提及的算子一起满足Bezout恒等式。

基于算子理论的右互质分解技术

基于算子理论的右互质分解技术不被输入信号的形式所牵制,现已成为解决非线性控制系统的分析和应用等问题的有效方法。以下将给出该方法的相关定义。

2.2.1 定义8:反馈控制系统的适定

对于一个反馈控制系统,如果组成系统的每个环节都是因果的,而且对给定的输入,系统内部的每个信号都是唯一被确定的,那么就称这个系统是适定的。

2.2.2 定义9:算子的右分解

如图2-3所示,如果具有因果稳定的算子N:W→Y,D:W→U,D在U上可逆,且满足等式[7~10]

图2-3 算子P的右分解

则认为算子P存在右分解。如果N与D均为稳定的算子,则P被认为存在稳定的右分解。

算子D:W→U可逆是算子P具有右分解的充分必要条件,并且D(Ws)⊂D0(P)。

证明:必要性:设P有右分解P=ND-1。∀u∈D(Ws)⊂Us,∃w∈Ws,使得u=D(w),从而P(u)=PD(w)=N(w)∈Ys。所以u∈Us∩G-1(Ys)=D0(P),从而有D(Ws)⊂D0(P)。

充分性:若存在D:W→U可逆,且D(Ws)⊂D0(P)。则:

(1)D(Ws)⊂Us,D稳定;

(2)作N=PD:W→Y。∀w∈Ws,D(w)∈D(Ws)⊂D0(P)⊂P-1(Ys),所以N(w)=PD(w)∈Ys。N稳定。

所以P=ND-1,N、D稳定。论证完毕。

基于算子理论的非线性右互质分解技术,有两种理论方法:一种是关于输入—输出理论,另一种是基于Bezout等式的理论。

例如,

取算子D:W→U:u=D(w)=cmw,是线性放大器,故算子D是稳定的且在U上可逆,其逆算子。取算子N:W→Y为:y=N(w)=可见算子N:W→Y是稳定的。不难验证,对任一输入信号函数u∈U有:

即P=ND-1

2.2.3 定义10:算子的右互质分解

如果P存在右分解P=ND-1,且N和D在W上没有伪状态,则称P存在右互质分解。(www.daowen.com)

所谓W上的伪状态w,是指w∈W-Ws,使得N(w)∈Ys,且D(w)∈Us,如图2-4所示[5]

图2-4 算子分解的伪状态

另外,设N和D是P的f.g.稳定的右分解。如果D(Ws)=D0(P),且存在α>0,使得:

则称这个f.g.稳定的右分解是互质的。

此处在对系统进行右互质分解时,用到的是基于Bezout的方法,有关Bezout方法下非线性算子的右互质分解,是基于图2-4所示的非线性反馈控制系统,设算子P有右分解P=ND-1,若能找到两个稳定的算子A:Y→U,B:U→U,满足Bezout等式:

AN+BD=M

(2-12)

式中:B可逆;M∈μ(W,U)为单模算子,则称P存在右互质分解,也可以称分解是互质的[7,9,10]

一般地,P并不稳定,算子A、N、B、D均为被设计的对象。另外,值得我们留心的一个地方是,应当注意到系统的初始状态,要求符合条件式(2-13):

图2-5 基于演算子理论的非线性反馈控制系统

Bezout方法的实质为:利用右互质分解技术将一个非线性算子以两个非线性稳定算子“比”的形式表示出来,再相应地找出两个稳定算子,与上述提及的算子一起满足Bezout恒等式。Bezout方法能够对系统鲁棒稳定、跟踪控制等方面的一些难题有比较优良的解决办法,并且Bezout等式里面的相关参数能够被用作构建控制器。但是,该方法的缺点是对于Bezout等式的求解过程较为困难繁杂。

2.2.4 定义11:幺模(阵)算子

设图2-5中的控制系统是适定的,如果系统有右分解P=ND-1,那么系统是全局稳定的,当且仅当算子是幺模(阵)算子。

定义11表示如果系统P存在右分解P=ND-1,且N和D满足Bezout等式SN+RD=M,M为幺模算子,那么该系统是全局稳定的。

然而,在满足Bezout等式2-13后,可以得到图2-5的等效系统图。输出和参考输入关系可以表示成如下的式子[7]

如果输出空间和参考输入空间相同,即:

图2-6 非线性反馈控制系统的等效系统图

那么系统的输出就能跟踪上输入信号。由于用此方法设计的控制器S和R,既满足互质分解,也能保证系统的输出信号跟踪性能,简单地称条件式(2-9)为一般条件[7]

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