网络化时滞系统的鲁棒滤波方法研究

【摘要】：有关网络化控制系统的研究一直是控制学科研究的热点问题,信号传输途经网络时,由于网络化控制系统的一些限制因素,不可避免的出现数据传输延迟和丢包,这些问题的存在使网络控制系统实质上是一个随机系统,因此关于网络化控制系统的分析和设计愈加复杂。自从滤波理论被提出以来,滤波一直作为自动控制和信号处理领域的研究的基础且重点问题,广泛应用在飞行器导航,雷达跟踪等领域,因此关于网络化时滞系统的滤波方法的研究,仍是一个值得继续深入的问题。首先,研究一类不确定分布时滞系统的滤波问题,考虑系统中存在时变时滞、分布时滞和系统模型的不确定性,构造非脆弱滤波器,通过Lyapunov稳定性理论以及范数有界的矩阵消除法,分别得到具有L_1性能和H_∞性能滤波器存在的充分条件,并用数值仿真证明非脆弱滤波器具有良好的状态估计能力。其次,进一步研究网络化控制系统的L_1滤波和L_1动态输出反馈控制问题。一方面,在网络化控制系统中,引入两个相互独立的Bernoulli随机变量对系统中的随机时延和测量数据丢失现象进行建模,并构造非脆弱滤波器和非脆弱控制器,利用Lyapunov函数,积分不等式和线性矩阵不等式技术,建立非脆弱L_1滤波器以及动态输出反馈控制器存在的充分条件。另一方面,考虑系统中的时滞依概率分布在不同的区间,将带有时变时滞和测量数据丢失的网络控制系统建模成一个带有随机参数的随机系统,采用同样的分析方法,在干扰信号峰值有界时,得到滤波器的设计方法。最后,事件触发机制下研究离散网络化控制系统的H_∞故障检测滤波器设计问题,首先,为了节约网络资源,采用事件触发方案用来判断采样数据是否传输到网络中,其次,对于数据传输过程中的丢包引入Bernoulli随机分布进行建模,建立一种能同时描述事件触发传输策略,数据丢包,分布时滞和时变时滞的网络化控制系统模型,通过Lyapunov稳定性理论和积分不等式方法,将滤波器的设计问题转化成H_∞优化问题,最后,用数值仿真证明事件触发机制下的故障检测滤波器不仅节约了网络资源而且可以有效的检测出系统故障。