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事件触发机制下网络化系统采样控制研究

刘荣军  
【摘要】:计算机技术、网络通信技术与控制理论的深入发展和相互渗透促成了网络化控制系统和采样控制的研究与发展。对一个实际控制系统而言,一方面除了表现为不确定性和时变性外,还表现为结构繁杂、离散性行为特征等特点;另一方面,如果采样周期较小会加重网络负载,并且系统在固定的采样周期情形下会致网络繁忙时段出现网络拥塞、闲置时浪费网络资源等现象。与此同时,基于事件触发机制的控制策略可以实现系统测量按需传输的用户需求,为网络化系统的非周期采样控制提供了一种全新的控制设计条件。基于此,设计考虑复杂环境下的合适采样周期不仅可以提高被控系统的性能,而且可以实现网络信息传递通道带宽的高效利用。因此,研究基于事件触发机制的网络化系统采样控制对提高系统鲁棒性和减轻网络通信负担等具有现实意义。本文的主要内容简述如下:1.针对常见的线性网络化系统探讨了基于全状态和部分状态的输入延迟控制。考虑存在的网络诱导延迟、输入延迟等延迟,首次建立了基于全状态/部分状态反馈网络化输入延迟控制器模型,考虑在实际系统的执行器扰动情形进一步设计了基于输入延迟的全状态反馈采样控制器设计和静态输出反馈控制设计,并通过建立Lyapunov泛函分析了该类时滞系统的稳定性,然后利用矩阵变不等式技术设计了控制器参数,也为后继的稳定性分析奠定基础。2.针对连续时间非线性网络化系统设计了其具有一般形式的非周期采样模糊控制器。利用模糊模型表述了该类非线性网络化系统,考虑执行器实际过程中的扰动,基于H_∞控制理论设计了干扰抑制性能和稳定性判据;与现有文献对比,通过构造一般形式的非周期采样机制,设计了基于模糊规则的非周期控制器,并应用到两轮倒立摆的运动控制中,所设计的非周期采样控制器使得双轮倒立摆系统满足H_∞干扰抑制性能。3.研究了离散线性系统的基于事件驱动机制的参考输出跟踪控制。利用Delta算子方法得到离散时间线性网络化系统,通过将离散形式的事件触发器引入到该类跟踪控制系统中,设计的事件触发器的事件检测周期与Delta算子采样周期一致,但数据触发为非周期的,进而根据可测变量从传感器到事件触发器的等待延迟将该事件驱动控制系统建模为一类时滞系统,采用输入-输出方法分析了系统的稳定性,并进一步设计了参考输出跟踪控制器。4.进一步研究了离散时间非线性网络化系统的基于事件触发的参考跟踪控制。采用T-S模糊模型建立离散时间非线性系统,在以上研究基础上,建立了基于事件触发器的全状态反馈模糊跟踪控制器,其中参考模型为简便的线性系统模型;对于所得到的时滞系统,基于Lyapunov稳定性理论和小增益定理进行了稳定性分析,并利用H_∞控制方法设计了该类基于事件触发机制的模糊跟踪控制器的参数求解条件。最终通过仿真验证了所设计的非周期采样控制器可以以较少的网络资源达到控制目的。


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