項目名稱：    復雜動態系統的分析與魯棒控制

推薦單位：    江蘇省

項目簡介：    本項目屬自動控制理論領域，主要成果含：1. 不確定系統與非線性系統的分析和魯棒控制： 提出了一般系統符號跟隨控制的準則, 拓展了系統無源性理論，結合切換策略提出多種無源化控制方法。提出了不確定系統的變結構自適應輸出反饋控制方案, 并應用于非最小相位系統。提出了針對多種不確定非線性系統的統一的魯棒輸出反饋方案，并提出了控制器階次和結構簡化的方法。 2. 隨機非線性動態系統的優化與控制： 針對隨機非線性連續和離散動態系統，提出了基于輸出隨機概率密度函數的優化和跟蹤控制理論以及故障檢測方法，提出了一系列魯棒多目標優化控制方法。 3. 動態神經網絡系統分析與優化： 建立了兩類含不確定延時的優化神經網絡系統的全局收斂性和指數穩定性準則，解決了若干約束優化問題；提出了一系列未知及時變時延神經網絡的動力學分析方法。 4. 復雜網絡系統的建模、分析與控制： 提出了參數均未知時驅動-響應系統控制器設計方案和參數自適應估計方法，解決了超混沌系統和不同維數系統的同步問題，應用于參數辨識和混沌保密通信。本項目在含不確定性和非線性動態系統的分析和控制領域提出了一系列具有原創性的成果。研究結果發表在Automatica、IEEE Trans. Automatic Control、IEEE Trans. Neural Networks、IEEE Trans. Circuits & Systems、IEEE Trans. Systems, Man & Cybernetics-B、Intern. J. Control、Phys. Rev. E、Chaos、Nonlinearity、IEE Proceedings等國際一流刊物上。相關論文或著作被國際知名學者Pierre Apkarian，Takao Watanabe，Hopfield JJ，Amari S, Chen GR, Forti M, Gopalsamy K, Gyori I, Hartung F, Hasegawa H 等他引1796篇次（其中SCI他引1263次，單篇SCI他引最高次數為95次）。項目相關成果2006年獲江蘇省科技進步一等獎、2005年教育部科技進步二等獎、首屆全國百篇優秀博士論文獎和第八屆全國百篇優秀博士論文提名論文獎等獎勵。

主要發現點：  1. 不確定系統與非線性系統的分析和魯棒控制理論（屬自動控制理論）： 針對非最小相位系統的魯棒控制問題這一控制開放性難題，提出了符號跟隨系統的控制思想, 由此給出了不確定系統的變結構自適應輸出反饋控制方案, 并應用于標稱系統為非最小相位系統的情形。在符號跟隨系統的控制思想上進一步發展了無源系統理論, 提出了串聯補償、并聯補償、并結合切換控制策略的多種無源化控制方法。通過串聯補償后反饋無源化結合邏輯切換的的控制方案，給出了一般非線性系統利用外部信號進行穩定性分析和控制的新框架，系統性地提出了一類非線性變結構自適應輸出反饋控制器設計方法。利用可行的矩陣代數方法給出了可以統一處理多種不確定非線性系統的魯棒輸出反饋控制方案。對于含微分項不確定性和非線性性的奇異系統，創造性地提出了控制可解條件和輸出反饋控制的設計方法 (參見代表性論文1、2、3及三本著作) 。 2. 隨機非線性動態系統的優化與控制理論（屬自動控制理論）：針對隨機非線性連續和離散系統，首次提出了一系列保證穩定性和魯棒性的PID跟蹤隨機控制策略；基于直接泛函映射原理，首次提出了預測模型的隨機分布控制方法。針對非高斯非線性隨機系統，提出了熵優化理論并建立了一系列非線性跟蹤控制和故障檢測方法。針對含隨機噪聲、不確定性、建模誤差的非線性系統，研究了一系列含H2、H無窮控制指標在內的多目標控制方法。系統性地提出了含有界干擾的非線性系統干擾抵消問題并提出一類魯棒干擾觀測器設計方法 (參見代表性論文4、5) 。 3．動態神經網絡系統分析與優化（屬自動控制理論）： 首次提出了兩類在非線性系統優化理論中具有重要意義的延時優化神經網絡模型：延時Lagrangian神經網絡系統和延時投影神經網絡系統，并用于神經網絡模型設計和實時求解某些約束優化問題；首次研究并證明了具有部分Lipschitz連續及單調遞增激活函數的時滯神經網絡的絕對指數穩定性；提出了一類既具有離散時滯又具有分布時滯的神經網絡模型并研究了系統點耗散性；基于延遲混沌神經網絡首次提出了一種多延遲耦合同步設計方案；對于參數未知的變時滯混沌神經網絡，提出了同步和鎮定的自適應策略；基于延時的混沌Hopfield神經網絡提出了新的加密方法 (參見代表性論文6、7、8) 。 4．復雜網絡系統的建模、分析與控制（屬自動控制理論）： 對于一類重要的復雜動態系統模型-網絡系統模型，提出了超混沌系統和不同維數系統的同步策略，該結果可用于混沌保密通信；提出了驅動-響應系統參數均未知時控制器設計方案和參數自適應估計律；提出了具有常耦合和延遲耦合的復雜網絡模型；針對一類線性依賴于未知參數的系統，提出了一種自適應控制策略；提出了一個新的概念：廣義Q-S (滯、期望、完全)時變同步，給出了更一般意義下的廣義同步框架 (參見代表性論文9、10)。

主要完成人：  1.   馮純伯

領導全科研小組，直接參與第1，2，3項科研工作。三本著作的主要作者。投入該項研究的工作量約占本人工作量的百分之七十。

2.   郭雷

系統地研究了一系列魯棒分析與控制方法，提出了隨機分布控制與優化理論的框架。參與第1，2，3項科研工作。投入該項研究的工作量約占本人工作量的百分之六十。

3.   曹進德

建立了若干動態參數范圍大、動力學行為更豐富的混合延時神經網絡新模型，并研究其動態特征及穩定性理論; 首次提出了兩類延時優化神經網絡模型; 提出了驅動-響應系統參數均未知時控制器設計方案和參數自適應律的尋找方法; 對于參數未知的變時滯混沌神經網絡，提出了一種使其同步和鎮定的自適應策略; 基于延遲混沌神經網絡首次提出了一種多延遲耦合同步設計方案。參與第3, 4項科研工作。投入該項研究的工作量約占本人工作量的百分之七十五。

4.   孫長銀

系統開展了連續時間神經網絡的離散化模擬及其動態行為研究。參與第3項科研工作。投入該項研究的工作量約占本人工作量的百分之七十五。

5.   費樹岷

協助第一完成人領導全科研小組，直接參與第1，3項科研工作。一本著作的主要作者。投入該項研究的工作量約占本人工作量的百分之五十五。

10篇代表性論文：  1.   A design scheme of variable structure adaptive control for uncertain dynamic systems, AUTOMATICA

2.   Reduced-order controllers for continuous and discrete-timeSingular H∞ control problems based on LMI, AUTOMATICA

3.   Output feedback control for nonlinearly perturbed systems via cascade compensation with logic switching, IEE PROCEEDINGS ON CONTROL THEORY AND APPLICATION

4.   Fault Detection and Diagnosis for General Stochastic Systems Using B-Spline Expansions and Nonlinear Observers, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I

5.   PID Controller Design for Output PDFs of Stochastic Systems using Linear Matrix Inequalities, IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN AND CYBERNETICS PART-B

6.   Global asymptotic stability of a general class of recurrent neural networks with time-varying delays, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I

7.   On Exponential Stability of Delayed Neural Networks with A General Class of Activation Functions, PHYSICS LETTERS A

8.   A delayed neural network for solving linear projection equations and its analysis, IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS

9.   Adaptive complete synchronization of two identical or different chaotic (hyperchaotic) systems with fully unknown parameters, CHAOS

10.  Synchronization criteria of Lure systems with time-delay feedback control, CHAOS SOLITONS & FRACTALS