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离散时间TS模糊系统:多瞬时齐次多项式控制方法
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更新于2024-08-27
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"离散时间TS模糊系统的多瞬时齐次多项式控制综合" 这篇研究论文主要探讨了如何利用一种新颖的多瞬时齐次多项式方法来解决离散时间Takagi-Sugeno (TS) 模糊系统的控制综合问题。TS模糊系统是一种广泛应用的模型,它能够对非线性系统进行建模和控制,尤其是在处理不确定性问题时展现出强大能力。该文的核心是提出一个新的多瞬时模糊控制策略和一个新类别模糊Lyapunov函数。 在离散时间的TS模糊系统中,控制合成问题通常涉及到设计控制器使得系统稳定并满足特定性能指标。传统的控制策略可能过于保守,限制了其应用范围。论文中的"多瞬时"概念意味着控制策略不仅考虑当前时间的模糊权重函数,还考虑了过去时间的模糊权重函数,这有助于捕捉系统的动态行为和历史信息。 作者们提出的新模糊控制方案引入了一类特殊的齐次多项式模糊Lyapunov函数。这些函数依赖于当前时间的归一化模糊权重函数和过去时间的归一化模糊权重函数,这使得它们能更全面地反映系统状态的变化。通过这种方式,他们能够设计出更为宽松的控制综合条件,从而减少保守性,这是现有方法的一个显著改进。 此外,论文还进一步通过开发有效的松弛变量方法来改善得到的稳定性条件的松弛质量。松弛变量技术通常用于处理不等式约束,以缓解优化问题的难度,这里它被用来改进稳定性条件,使其更加灵活且易于实现。 这篇论文在离散时间TS模糊系统的控制理论方面做出了贡献,提供了一个新的控制综合框架,该框架能够降低保守性,提高控制性能,并通过考虑过去的系统状态信息来增强系统的稳定性。这对于模糊控制领域的理论研究和实际应用具有重要意义。
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This article has been accepted for inclusion in a future issue of this journal. Content is final as presented, with the exception of pagination.
XIE et al.: CONTROL SYNTHESIS OF DISCRETE-TIME T–S FUZZY SYSTEMS 3
the following equality holds true:
P =
f
j
∈K
g
j
,
j∈{1,2,...,m+1}
⎧
⎨
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
α
f
j
j
⎞
⎠
⎛
⎝
m+1
j=1
g
j
!
π
f
j
⎞
⎠
P
⎫
⎬
⎭
(5)
where α
f
j
j
=
r
i=1
α
f
j
i
ji
.
Proof: Considering the fact that
r
i=1
α
ji
= 1, one gets
P =
⎛
⎝
m+1
j=1
α
j1
+···+α
jr
g
j
⎞
⎠
P
=
f
j
∈K
g
j
,
j∈{1,2,...,m+1}
⎧
⎨
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
α
f
j
j
⎞
⎠
⎛
⎝
m+1
j=1
φ
j
P
⎞
⎠
⎫
⎬
⎭
(6)
where φ
j
= C
f
j
1
g
j
C
f
j
2
g
j
−f
j
1
···C
f
j
r
g
j
−f
j
1
−f
j
2
−···−f
j
r−1
.
Employing the fact that g
j
= f
j
1
+ f
j
2
+···+f
j
r
, one has
C
f
j
1
g
j
C
f
j
2
g
j
−f
j
1
···C
f
j
r
g
j
−f
j
1
−f
j
2
−···−f
j
r−1
=
g
j
!
π
f
j
. (7)
Then, from (6) and (7), one gets
P =
f
j
∈K
g
j
,
j∈{1,2,...,m+1}
⎧
⎨
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
α
f
j
j
⎞
⎠
⎛
⎝
m+1
j=1
g
j
!
π
f
j
⎞
⎠
P
⎫
⎬
⎭
. (8)
From (8), it is clear to find that the equality (5)
holds true.
Remark 1: Under the framework of multiinstant homoge-
nous matrix polynomials, the relaxation quality of obtained
stabilization conditions could be further improved, which
presents a multipolynomial dependence on the normalized
fuzzy weighting functions at the current and past instants of
time with some prescribed degrees. However, there always
exist some terms that are constant or with lower degrees,
which are difficult to be integrated into the framework of
multiinstant homogenous matrix polynomials. Indeed, the
result of Lemma 2 will play an important role in the main
proof, i.e., transform those terms into multiinstant homogenous
matrix polynomials with prescribed degrees. As an illustrative
example, with r = 2 variables and m = 1, g
1
= g
2
= 2, one
has P =
f
1
∈K(2)
f
2
∈K(2)
{(
2
j=1
α
f
j
j
)(
2
j=1
g
j
!/π( f
j
))P}=
α
20
1
α
20
2
P + 2α
20
1
α
11
2
P + α
20
1
α
02
2
P + 2α
11
1
α
20
2
P + 4α
11
1
α
11
2
P+
2α
11
1
α
02
2
P + α
02
1
α
20
2
P + 2α
02
1
α
11
2
P + α
02
1
α
02
2
P.
Lemma 3: For some positive integers g
j
with j =
1, 2,...,m + 1 and g
m
≥ 2, the two equalities (9) and (10),
as shown at the bottom of this page, always always hold
true where one has
⎧
⎨
⎩
R
ii
f
1
f
2
···f
m−1
(
f
m
−2e
i
)
f
m+1
= 0, for f
m
− 2e
i
< 0
R
ij
f
1
f
2
···f
m−1
(
f
m
−e
i
−e
j
)
f
m+1
= 0, for f
m
− e
i
− e
j
< 0.
(11)
Proof: First, let us write out an arbitrary term of the left-
hand side of the equality (9) given as follows:
⎛
⎝
m+1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
R
ii
f
1
f
2
···f
m−1
( f
m
−2e
i
)f
m+1
(12)
where f
j
∈ K(g
j
), j ∈{1, 2,...,m + 1}; 1 ≤ i ≤ r.
If f
m
− 2e
i
< 0, then the term of (12) is zero by using
condition (11). If f
m
−2e
i
≥ 0, then f
m
−2e
i
∈ K(g
m
−2), i.e., it
implies that the term (12) is also one term of the right-hand
side of the equality (9).
Secondly, let us write out an arbitrary term of the right-hand
side of the equality (9) as follows:
⎛
⎝
m+1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
× h
2
i
R
ii
f
1
f
2
···f
m+1
(13)
where f
j
∈ K(g
j
), j = 1, 2,...,m−1; f
m
∈ K(g
m
−2); f
m+1
∈
K(g
m+1
); 1 ≤ i ≤ r.
Since f
m
∈ K(g
m
− 2), one has f
m
+ 2e
i
∈ K(g
m
). Thus,
the term (13) can be represented as follows:
⎛
⎝
m−1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
h
f
m
+2e
i
h
f
m+1
(t + 1)
×
R
ii
f
1
f
2
···f
m−1
( f
m
+2e
i
−2e
i
)f
m+1
. (14)
Then, if f
m
+ 2e
i
= p with p ∈ K(g
m
) is
satisfied, one has h
f
m
+2e
i
(z(t))R
ii
f
1
f
2
···f
m−1
( f
m
+2e
i
−2e
i
)f
m+1
=
1≤i≤r;f
j
∈K(g
j
),
j∈{1,2,...,m+1}
⎧
⎪
⎪
⎨
⎪
⎪
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
×
R
ii
f
1
f
2
···f
m−1
(
f
m
−2e
i
)
f
m+1
⎫
⎪
⎪
⎬
⎪
⎪
⎭
=
f
m
∈K(g
m
−2);f
j
∈K(g
j
),
j∈{1,2,...,m+1},j=m;1≤i≤r
⎧
⎨
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
× h
2
i
R
ii
f
1
f
2
···f
m+1
⎫
⎬
⎭
(9)
1≤i<j≤r;f
j
∈K(g
j
),
j∈{1,2,...,m+1}
⎧
⎨
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
×
R
ij
f
1
f
2
···f
m−1
( f
m
−e
i
−e
j
)f
m+1
⎫
⎬
⎭
=
f
m
∈K(g
m
−2);f
j
∈K(g
j
),
j∈{1,2,...,m+1},j=m;1≤i<j≤r
⎧
⎨
⎩
⎛
⎝
m+1
j=1
h
f
j
(t − m + j)
⎞
⎠
× h
i
× h
j
R
ij
f
1
f
2
···f
m+1
⎫
⎬
⎭
(10)
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