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事件触发网络系统具有区域极点约束的动态输出反馈控制

孙晓宇  
【摘要】:网络控制系统(Networked Control Systems,NCSs)在生产生活中具有较高的应用程度。其广泛应用的同时也存在着不容忽视的缺点,如何避免通讯信道的拥塞及网络资源的浪费都是学者们研究的重点领域,网络系统稳定依然是正常运行的必要条件。为实现这一目标,本文主要研究线性和非线性网络系统的事件触发动态输出反馈H∞控制。系统响应速度的提高可以通过对系统进行极点约束实现,在NCSs中有关极点约束研究的文章比较少,将极点约束与事件触发联合研究的文章更少,这激起了研究本文内容的动力,本文的主要研究内容如下:针对线性网络化系统,在事件触发条件下设计具有区域极点约束的动态输出反馈控制器(Dynamic Output Feedback Controller,DOFC)。首先,给出事件触发条件,根据事件触发机制带来的数据建立DOFC。其次,利用变量代换引入α-稳定约束,根据Schur补引理、Young不等式、Jensen不等式等给出闭环系统渐近稳定的条件。由变量代换可得,当转换系统是渐近稳定时,在区域极点约束前的原闭环系统是具有α-稳定的。接着,设计具有抗干扰性的H∞控制器,对所提出的充分条件进行解耦处理,得到符合要求的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)。最后,通过一个例子验证所提结论的可行性,并对H∞性能指标进行优化。针对非线性网络化系统,在事件触发条件下设计具有区域极点约束的DOFC。首先,将非线性网络系统建模成T-S模糊模型,给出系统遵守的模糊If-Then规则,描述局部的关系,建立局部模糊模型;对局部模型进行单点模糊化、中心乘积推理和中心清晰化处理得到全局模糊模型。接着,对全局模糊模型引入事件触发机制,设计DOFC以及添加α-稳定区域极点约束条件,得到变换后的闭环系统。其次,对闭环系统进行控制器参数的设计,提出闭环系统渐近稳定的充分条件,利用拆分法和转化法结合对LMI进行解耦,得到控制器参数。最后,结合例子说明所提出结论的可行性。衡量实际应用中本文所提理论的可行性,通过一个卫星姿态网络系统进行验证。通过对卫星姿态系统动力学分析,建立动力学方程,并将其转化为状态方程,得到系统参数矩阵。将所提出理论应用到该系统中,设计使闭环系统渐近稳定的DOFC,并讨论不同区域极点约束对系统带来的影响,从而验证区域极点约束下的网络系统事件触发动态输出反馈控制在卫星系统应用中的效果。


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