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现代工业过程面向大规模、集成化方向发展，对系统的控制精度要求也越来越高，需要不断的对系统进行优化，保证系统稳定性或某些性能指标达到更高的要求，采用传统的控制方法设计单一的控制器难以满足实际工业系统的多性能指标需求。为了克服单个控制器的不足，设计一系列子控制器按照预先设定好的规则进行切换，使得系统能够应对外部环境多种复杂因素的干扰。虽然切换控制器能够满足复杂系统的多种性能需求，但是现有的基于Lyapunov函数的切换控制器设计方法更多强调闭环系统全局性能，而切换控制器在系统局部性能优化上，仍需进一步深入研究。
为同时保证控制系统的全局和局部最优性能，进一步优化系统性能，将Youla参数化方法引入到切换控制器的设计上，在保证系统稳定性的同时，将优化问题集中到自由参数的优化上，从而实现既定的控制目标，改善系统局部最优性能。此外，基于Youla参数化设计切换控制器不仅可以保证在切换的情况下整个闭环系统稳定或满足某些性能，而且可以保证局部子系统满足相应的最优性能指标。本论文将结合Youla参数化方法，对线性时不变(Lineartimeinvariant,LTI)系统和线性参数变化(Linear parameter-varying, LPV)系统的切换控制器设计问题展开深入研究，本文主要内容分为以下几个方面：
1.针对一个LTI被控对象，基于Youla参数化方法设计切换控制器，给出了切换控制器的Youla自由参数在任意切换时保证子系统的H2控制性能的充分条件。另外，根据该自由参数和闭环系统之间H2性能的对应关系，给出了一种切换控制器自由参数的状态空间实现，不仅可以保证在任意切换的情况下整个闭环系统满足某一H2性能，而且可以保证局部子系统满足相应的H2性能。
2.研究了基于Youla参数化的LPV系统任意切换H∞性能控制器设计问题。为解决单一的LPV控制器在时变参数大范围变化时，无法保证闭环系统在所有参数区域内都具有相同的控制性能。将时变参数的变化区域划分为若干个子区域，利用Riccati不等式求解中心控制器保证系统全局的H∞性能。通过线性分式变换得到中心控制器Youla参数的状态空间实现Q(θ)，将切换控制器转换为自由参数之间的切换，以保证在任意切换下的每个子系统和整个闭环系统都满足相应的H∞性能。
3.针对LPV控制系统的噪声抑制问题，结合Youla参数化方法，研究了H2控制性能的平滑切换LPV控制器的设计。首先，采用Lyapunov不等式求取中心控制器，保证系统的稳定性，然后根据时变参数的变化区域划分为若干个子区间，再将中心控制器进行参数化分解，通过线性矩阵不等式求取具有H2控制性能的自由参数Q(θ)，设计平滑切换控制器自由参数，不仅能够实现平滑过渡的切换，并且使得系统具有较好的噪声抑制能力。
4.针对切换LPV控制器在切换时可能产生较大的扰动问题，基于Youla参数化方法设计平滑切换控制器并实现系统满足H∞控制性能。将参数变化范围划分为若干个子区域，利用Riccati不等式求解中心控制器保证全局的H∞性能，采用互质因式分解技术，构造凸组合形式，对于调度参数重叠区域的LPV控制器的Youla参数的设计，重叠区域的Youla参数将由相邻的子区间的控制器的Youla参数线性插值得到，从而实现自由参数平滑过渡的切换。所提出的方法不仅能够保证系统全局的H∞性能，也可以保证局部子系统的H∞性能，并且实现在切换时产生较小的扰动。
为同时保证控制系统的全局和局部最优性能，进一步优化系统性能，将Youla参数化方法引入到切换控制器的设计上，在保证系统稳定性的同时，将优化问题集中到自由参数的优化上，从而实现既定的控制目标，改善系统局部最优性能。此外，基于Youla参数化设计切换控制器不仅可以保证在切换的情况下整个闭环系统稳定或满足某些性能，而且可以保证局部子系统满足相应的最优性能指标。本论文将结合Youla参数化方法，对线性时不变(Lineartimeinvariant,LTI)系统和线性参数变化(Linear parameter-varying, LPV)系统的切换控制器设计问题展开深入研究，本文主要内容分为以下几个方面：
1.针对一个LTI被控对象，基于Youla参数化方法设计切换控制器，给出了切换控制器的Youla自由参数在任意切换时保证子系统的H2控制性能的充分条件。另外，根据该自由参数和闭环系统之间H2性能的对应关系，给出了一种切换控制器自由参数的状态空间实现，不仅可以保证在任意切换的情况下整个闭环系统满足某一H2性能，而且可以保证局部子系统满足相应的H2性能。
2.研究了基于Youla参数化的LPV系统任意切换H∞性能控制器设计问题。为解决单一的LPV控制器在时变参数大范围变化时，无法保证闭环系统在所有参数区域内都具有相同的控制性能。将时变参数的变化区域划分为若干个子区域，利用Riccati不等式求解中心控制器保证系统全局的H∞性能。通过线性分式变换得到中心控制器Youla参数的状态空间实现Q(θ)，将切换控制器转换为自由参数之间的切换，以保证在任意切换下的每个子系统和整个闭环系统都满足相应的H∞性能。
3.针对LPV控制系统的噪声抑制问题，结合Youla参数化方法，研究了H2控制性能的平滑切换LPV控制器的设计。首先，采用Lyapunov不等式求取中心控制器，保证系统的稳定性，然后根据时变参数的变化区域划分为若干个子区间，再将中心控制器进行参数化分解，通过线性矩阵不等式求取具有H2控制性能的自由参数Q(θ)，设计平滑切换控制器自由参数，不仅能够实现平滑过渡的切换，并且使得系统具有较好的噪声抑制能力。
4.针对切换LPV控制器在切换时可能产生较大的扰动问题，基于Youla参数化方法设计平滑切换控制器并实现系统满足H∞控制性能。将参数变化范围划分为若干个子区域，利用Riccati不等式求解中心控制器保证全局的H∞性能，采用互质因式分解技术，构造凸组合形式，对于调度参数重叠区域的LPV控制器的Youla参数的设计，重叠区域的Youla参数将由相邻的子区间的控制器的Youla参数线性插值得到，从而实现自由参数平滑过渡的切换。所提出的方法不仅能够保证系统全局的H∞性能，也可以保证局部子系统的H∞性能，并且实现在切换时产生较小的扰动。