基于网络的切换控制系统研究

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切换控制系统(Switched Control Systems)是由两个或两个以上连续或离散的子系统相互作用,通过一个切换规则的约束使系统在满足相应时间和状态条件下,切换到相应的子系统运行,并通过子系统间的合理切换调整使得系统的整体运行状态呈现稳定。网络控制系统(Networked Control Systems,简称 NCSs)是将传统的控制系统与新兴的通信网络技术相结合,使得控制系统中的所有信息通过网络媒介和先进的传感器技术在控制器和执行器之间快速流转。  本文在切换系统的控制机理上引入通信网络控制技术,在网络的背景下研究切换系统,从而形成一类新的网络切换控制系统(Networked Switched Control Systems,简称 NSCSs)。在充分考虑网络时延、网络不确定的基础上引入子系统切换的概念,利用李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论、线性矩阵不等式(LMIs)理论等工具,研究了这类组合系统的稳定性分析和控制器设计问题。本文的内容主要分为以下几个方面:  1)研究了含有网络定时延和切换时延 NSCSs的有限时间稳定、控制器设计和系统?H性能综合问题。首先引入切换控制系统中平均驻留时间(Average Dwell Time,简称 ADT)的概念,然后结合 NCSs中常用的线性矩阵不等式(LMIs)、多 Lyapunov函数(MLFs)等概念研究了含定时延 NSCSs的有限时间有界和控制器设计问题,进而通过设计切换律保证了相对应的H∞系统性能。最后通过数值仿真验证了结果的正确性和有效性。  2)综合考虑网络中建模不确定的影响因素,以及在 NSCSs的子系统不满足有限时间稳定性的情况下,通过平均驻留时间、有限时间稳定、一致有限时间稳定的思想,设计切换律使得子系统不满足有限时间稳定性的 NSCSs经过切换控制从而满足一致有限时间稳定性。最后通过数值仿真验证了在子系统不满足有限时间稳定下所设计的切换律能使系统经过合理切换后满足一致有限时间稳定性。  3)研究了含有定时延,网络建模线性不确定的一类奇异NSCSs的 H∞控制问题。首先通过切换律的设计给出了满足奇异NSCSs鲁棒稳定的充分条件,然后利用线性矩阵不等式解决了奇异NSCSs的鲁棒H∞控制及系统性能。最后数值仿真验证了算法的正确性。
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