线性矩阵不等式(LMI)的-MATLAB求解（中文教程），很好的教程，推荐学习

6.1 LMI区域 6.1.1 LMI区域的描述 这一节将给出 LMI区域的定义和一些 LMI区域的例子。 定义 6.1.1 对复平面中的区域 D，如果存在一个对称矩阵 mm×∈RL 和矩阵 mm×∈RM ， 使得 D { }0C <++∈= T: MML sss (6.1.1) 则称 D是一个线性矩阵不等式区域（简记为 LMI区域）。矩阵值函数 T)( MML sszf D ++= (6.1.2) 称为 LMI区域 D的特征函数。 特征函数 )(zf D 的取值是 mm× 维的埃尔米特矩阵（Hermitian matrix）， 0<)(zf D 表 示矩阵 )(zf D 是负定的。 由定义 6.1.1 可以看到复平面上的一个 LMI 区域就是某个以 s和 s为变量的线性矩阵 不等式，或者以 )Re(sx = 和 )Im(sy = 为变量的线性矩阵不等式的可行域。根据引理 2.1.1，这样的 LMI区域是凸的。进而，对任意的 Ds∈ ， 0<= )()( sfsf DD ，故 Ds ∈ 。因 此，LMI区域关于复平面上的实轴是对称的。 以下列举一些典型的 LMI区域。 例 6.1.1 左半开复平面 −C 是一个 LMI区域，相应的特征函数是 ( )f s s s= +-C (6.1.3) 更一般地，如图 6.2中阴影部分所示的半平面 { }αα −<∈= )Re(: ssD C 也是一个 LMI区 域，它的特征函数是：

表 6.1 参数的取值及对应的设计目标 obj Corresponding Design [0 0 0 0] [0 0 1 0] [0 0 0 1] [g 0 0 1] [0 h 1 0] [0 0 a b] pole placement only H∞-optimal design H2-optimal design minimize 22 T subject to gT < ∞∞ minimize ∞∞ T subject to hT < 22 minimize 2 22 2 TbTa + ∞∞ region确定了所考虑的 LMI区域，它的默认区域是左半开复平面。可以使用命令 lmireg 来产生所要的区域 region，如果知道刻画所考虑的 LMI 区域的矩阵 L 和 M，则也可以通过输入 region = [L, M]来直接确定 region； tol是描述精度的指标，默认即可。 在输出中，gopt和 h2opt分别是闭环系统的 H∞ 和 H2性能指标，K是所求的状态反馈 增益矩阵，Pcl是从w到 TT2 T 1 ][ zz 的闭环传递函数，X是 Lyapunov矩阵。 在 LMI工具箱中提供了一个示例来说明本节提出的方法。只要在 MATLAB命令窗口 中输入 sateldem就可以浏览这个例子。 6.3 鲁棒 D-稳定性分析 前面讨论了对一个给定的 LMI 区域 D，线性时不变系统的 D-稳定性分析和状态反馈 D-稳定化控制器的设计问题。由于实际系统中不可避免地存在不确定性，因此有必要研究 不确定系统的鲁棒 D-稳定性分析和综合问题。 考虑不确定线性系统 )(])([ )()()( 1 t tt xCDIBA xAx ∆∆−+= ∆= − . (6.3.1) 其中： nt R∈)(x 是系统的状态向量， nn×∈RA 是系统的名义状态矩阵，即忽略了参数不确 定性后的系统状态矩阵，∆是不确定矩阵，反映了系统模型中的参数摄动和不确定性。一 般我们并不知道矩阵∆的精确取值，但知道其在某个已知的范围中取值或变化。对所有在 这个范围中的值，我们称其是不确定矩阵∆的允许值。 考虑由特征函数 T++=)( MML sssf D (6.3.2) 刻画的 LMI 区域 D，其中 pp×∈RML, ，且 L是对称的。假定名义状态矩阵 A是 D-稳定 的，即 A的所有特征值均在区域 D 中，则本节关心的问题是：对给定的不确定性允许变 化范围，寻找一个检验条件来判别对所有允许的不确定矩阵 ∆， )(∆A 的所有特征值是否

鲁棒控制——线性矩阵不等式处理方法 俞立 文字版比网上流传的图片扫面版更加清晰可读。控制理论研究人员必备资料。

图 2.1 椭球法的迭代过程 对使得 )(xf 最小化的问题，它的椭球法求解算法如下： Step 0：设 V∈0x ， mS∈0P 是正定矩阵，定义椭球 }1)()(:{ 0 1 0 T 00 ≤−−∈= − xxPxxx VE Step k：对 ...,2,1=k 1．计算 f 在 1−kx 处的次梯度 m k R∈−1g ，并记 1k kR V E −= I T 1 1{ : ( ) 0 }k k− −− ≤x g x xI 2．计算 Vk ∈x 和 0>kP ，使得椭球 }1)()(:{ 1T ≤−−= − kkkkE xxPxxx 包含 kR 。以下的 kx 和 kP 具有这样的性质： ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − − = + −= −−−− −−− − −−− −− − 1 T 111 11 T 1 12 2 11 T 1 11 1 )1( 2 1 )1( kkkk kkk kk kkk kk kk mm m m PggP gPg PP gPg gP xx 3．重复 Step k。 2.3.2 内点法 内点法是求解线性矩阵不等式问题的一个更为有效的算法。它的主要思路是：利用约 束条件定义一个闸函数，该函数在可行域内部是凸的，在可行域外部则定义其值为无穷 大。通过在目标函数中添加这样一个闸函数，使得原先的约束优化问题转化成一个无约束

鲁棒控制——线性矩阵不等式处理方法 俞立 文字版比网上流传的图片扫面版更加清晰可读。控制理论研究人员必备资料。