Fuzzy $H^{\infty}$ Controller Design for Uncertain Nonlinear Systems

불확실성을 갖는 비선형 시스템의 퍼지 $H^{\infty}$ 제어기 설계

This paper presents a method for designing robust fuzzy $H^{\infty}$ controllers which stabilize nonlinear systems with parameter uncertainty adn guarantee an induced $L_{2}$ norm bound constraint on disturbance attenuation for all admissible uncertainties. Takagi and Sugeno's fuzzy models with uncertainty are used as the model for the uncertain nonlinear systems. Fuzzy control systems utilize the concept of so-called parallel distributed compensation(PDC). Using a single quadratic Lyapunov function, the stability condition satisfying decay rate and disturbance attenuation condition for Takagi and Sugeno's fuzzy model with parameter uncertainty are discussed. A sufficient condition for the existence of robust fuzzy $H^{\infty}$ controllers is then presented in terms of linear matrix inequalities(LMIs). Finally, design examples of robust fuzzy $H^{\infty}$ controllers for uncertain nonlinear systems are presented.

본 논문은 파라미터 불확실성을 갖는 비선형 시스템을 안정화하며, 폐루프 시스템의 외란감쇠에 대한 $L_{2}$ 이득 제한조건을 만족시키는 견실 퍼지 $H^{\infty}$ 제어기 설계기법을 제시한다. 불확실성을 갖는 비선형 시스템을 불확실성을 갖는 Takagi-Sugeno(T-S) 모델로 표현하고 병렬 분산 보상(PDC : parallel distributed compensation)의 개념을 이용하여 제어기를 설계한다. 파라미터 불확실성을 갖는 T-S 퍼지모델에 대한 감쇠율을 만족하는 폐루프 시스템의 안정성 조건과 Lyapunov 함수를 이용하여 외란감쇠 조건을 유도하고, 선형 행렬 부등식(LMI: linear matrix inequality)을 이용하여 견실 퍼지 $H^{\infty}$ 제어기가 존재할 충분조건을 구한다. 마지막으로 불확실성을 갖는 비선형 시스템에 대한 퍼지 $H^{\infty}$ 제어기 설계 예를 보인다.