项目名称：    复杂动态系统的分析与鲁棒控制

推荐单位：    江苏省

项目简介：    本项目属自动控制理论领域，主要成果含：1. 不确定系统与非线性系统的分析和鲁棒控制： 提出了一般系统符号跟随控制的准则, 拓展了系统无源性理论，结合切换策略提出多种无源化控制方法。提出了不确定系统的变结构自适应输出反馈控制方案, 并应用于非最小相位系统。提出了针对多种不确定非线性系统的统一的鲁棒输出反馈方案，并提出了控制器阶次和结构简化的方法。 2. 随机非线性动态系统的优化与控制： 针对随机非线性连续和离散动态系统，提出了基于输出随机概率密度函数的优化和跟踪控制理论以及故障检测方法，提出了一系列鲁棒多目标优化控制方法。 3. 动态神经网络系统分析与优化： 建立了两类含不确定延时的优化神经网络系统的全局收敛性和指数稳定性准则，解决了若干约束优化问题；提出了一系列未知及时变时延神经网络的动力学分析方法。 4. 复杂网络系统的建模、分析与控制： 提出了参数均未知时驱动-响应系统控制器设计方案和参数自适应估计方法，解决了超混沌系统和不同维数系统的同步问题，应用于参数辨识和混沌保密通信。本项目在含不确定性和非线性动态系统的分析和控制领域提出了一系列具有原创性的成果。研究结果发表在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等国际一流刊物上。相关论文或著作被国际知名学者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，单篇SCI他引最高次数为95次）。项目相关成果2006年获江苏省科技进步一等奖、2005年教育部科技进步二等奖、首届全国百篇优秀博士论文奖和第八届全国百篇优秀博士论文提名论文奖等奖励。

主要发现点：  1. 不确定系统与非线性系统的分析和鲁棒控制理论（属自动控制理论）： 针对非最小相位系统的鲁棒控制问题这一控制开放性难题，提出了符号跟随系统的控制思想, 由此给出了不确定系统的变结构自适应输出反馈控制方案, 并应用于标称系统为非最小相位系统的情形。在符号跟随系统的控制思想上进一步发展了无源系统理论, 提出了串联补偿、并联补偿、并结合切换控制策略的多种无源化控制方法。通过串联补偿后反馈无源化结合逻辑切换的的控制方案，给出了一般非线性系统利用外部信号进行稳定性分析和控制的新框架，系统性地提出了一类非线性变结构自适应输出反馈控制器设计方法。利用可行的矩阵代数方法给出了可以统一处理多种不确定非线性系统的鲁棒输出反馈控制方案。对于含微分项不确定性和非线性性的奇异系统，创造性地提出了控制可解条件和输出反馈控制的设计方法 (参见代表性论文1、2、3及三本著作) 。 2. 随机非线性动态系统的优化与控制理论（属自动控制理论）：针对随机非线性连续和离散系统，首次提出了一系列保证稳定性和鲁棒性的PID跟踪随机控制策略；基于直接泛函映射原理，首次提出了预测模型的随机分布控制方法。针对非高斯非线性随机系统，提出了熵优化理论并建立了一系列非线性跟踪控制和故障检测方法。针对含随机噪声、不确定性、建模误差的非线性系统，研究了一系列含H2、H无穷控制指标在内的多目标控制方法。系统性地提出了含有界干扰的非线性系统干扰抵消问题并提出一类鲁棒干扰观测器设计方法 (参见代表性论文4、5) 。 3．动态神经网络系统分析与优化（属自动控制理论）： 首次提出了两类在非线性系统优化理论中具有重要意义的延时优化神经网络模型：延时Lagrangian神经网络系统和延时投影神经网络系统，并用于神经网络模型设计和实时求解某些约束优化问题；首次研究并证明了具有部分Lipschitz连续及单调递增激活函数的时滞神经网络的绝对指数稳定性；提出了一类既具有离散时滞又具有分布时滞的神经网络模型并研究了系统点耗散性；基于延迟混沌神经网络首次提出了一种多延迟耦合同步设计方案；对于参数未知的变时滞混沌神经网络，提出了同步和镇定的自适应策略；基于延时的混沌Hopfield神经网络提出了新的加密方法 (参见代表性论文6、7、8) 。 4．复杂网络系统的建模、分析与控制（属自动控制理论）： 对于一类重要的复杂动态系统模型-网络系统模型，提出了超混沌系统和不同维数系统的同步策略，该结果可用于混沌保密通信；提出了驱动-响应系统参数均未知时控制器设计方案和参数自适应估计律；提出了具有常耦合和延迟耦合的复杂网络模型；针对一类线性依赖于未知参数的系统，提出了一种自适应控制策略；提出了一个新的概念：广义Q-S (滞、期望、完全)时变同步，给出了更一般意义下的广义同步框架 (参见代表性论文9、10)。

主要完成人：  1.   冯纯伯

领导全科研小组，直接参与第1，2，3项科研工作。三本著作的主要作者。投入该项研究的工作量约占本人工作量的百分之七十。

2.   郭雷

系统地研究了一系列鲁棒分析与控制方法，提出了随机分布控制与优化理论的框架。参与第1，2，3项科研工作。投入该项研究的工作量约占本人工作量的百分之六十。

3.   曹进德

建立了若干动态参数范围大、动力学行为更丰富的混合延时神经网络新模型，并研究其动态特征及稳定性理论; 首次提出了两类延时优化神经网络模型; 提出了驱动-响应系统参数均未知时控制器设计方案和参数自适应律的寻找方法; 对于参数未知的变时滞混沌神经网络，提出了一种使其同步和镇定的自适应策略; 基于延迟混沌神经网络首次提出了一种多延迟耦合同步设计方案。参与第3, 4项科研工作。投入该项研究的工作量约占本人工作量的百分之七十五。

4.   孙长银

系统开展了连续时间神经网络的离散化模拟及其动态行为研究。参与第3项科研工作。投入该项研究的工作量约占本人工作量的百分之七十五。

5.   费树岷

协助第一完成人领导全科研小组，直接参与第1，3项科研工作。一本著作的主要作者。投入该项研究的工作量约占本人工作量的百分之五十五。

10篇代表性论文：  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