《Hierarchical nonlinear switching control design with applications to propu...
《Hierarchical nonlinear switching control design with applications to propulsion systems》分层非线性切换控制设计与推进系统中的应用
作者:
Alexander Leonessa, Assistant Professor
Department of Ocean Engineering, Florida Atlantic University, USA
Wassim M. Haddad, Professor
School of Aerospace Engineering, Georgia Institiute of Technology, Atlanta,
GA 30332-0150, USA
VijaySekhar CheUaboina, Assistant Professor
Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Missouri,
Columbia
出版社:Springer
出版时间:2000年
目录
List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Nonlinear Control Design: Motivation and Overview . . . . . . . . 1
1.2 Brief Outline of the Monograph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
. Generalized Lyapunov and Invariant Set Theorems for Nonlinear
Dynamical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Mathematical Preliminaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Generalized Stability Theorems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
. Nonlinear System Stabilization via Hierarchical Switching
Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2 Mathematical Preliminaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 Parameterized System Equilibria and Domains of Attraction. 24
3.4 Nonlinear System Stabilization via a Hierarchical Switching
Controller Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5 Extensions to Nonlinear Dynamic Compensation . . . . . . . . . . . 35
3.6 Inverse Optimal Nonlinear Switching Control . . . . . . . . . . . . . . 39
3.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
. Nonlinear Robust Switching Controllers for Nonlinear Uncertain
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2 Mathematical Preliminaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3 Parameterized Nominal System Equilibria, System Attractors,
and Domains of Attraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.4 Robust Nonlinear System Stabilization via a Hierarchical
Switching Controller Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
XII Contents
4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
. Hierarchical Switching Control for Multi-Mode Axial Flow
Compressor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.2 Governing Fluid Dynamic Equations for Axial Flow Compression
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.2.1 Entrance Duct and Inlet Guide Vane Entrance . . . . . . . 62
5.2.2 Compressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.2.3 Exit Duct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2.4 Governing System Flow Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2.5 Plenum and Throttle Discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 Multi-Mode State Space Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4 Finite Element Multi-Mode State Space Model . . . . . . . . . . . . . . 75
5.5 Control for Single-Mode versus Multi-Mode Model . . . . . . . . . . 77
5.6 Stabilization of Multi-Mode Axial Flow Compression System
Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.7 Robust Stabilization of Axial Flow Compressors with Uncertain
Pressure-Flow Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.7.1 Uncertain Finite Element Multi-Mode State Space
Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.7.2 Hierarchical Robust Control for Propulsion Systems .. 87
5.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
. Hierarchical Switching Control for Centrifugal Flow Compressor
Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.2 Governing Fluid Dynamic Equations for Centrifugal Compression
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.2.1 Conservation of Mass in the Plenum . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.2.2 Conservation of Momentum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.2.3 Turbocharger Spool Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.3 Parameterized System Equilibria and Local Set Point Designs 105
6.4 Hierarchical Nonlinear Switching Control for Centrifugal
Compression Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
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