【摘 要】
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近些年来,随着控制领域需求的多样化以及计算机通讯网络技术的不断发展,针对网络化控制系统(Networked Control Systems,NCSs)的研究得到了重大的进展。然而,由于NCSs中的网络带宽和计算资源有限,传统的周期采样会带来不必要的计算资源的浪费。因此,为了降低NCSs中的网络负载压力从而提高网络传输效率,需要为控制系统设计合理的事件触发机制(Event-Triggered Mec
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近些年来,随着控制领域需求的多样化以及计算机通讯网络技术的不断发展,针对网络化控制系统(Networked Control Systems,NCSs)的研究得到了重大的进展。然而,由于NCSs中的网络带宽和计算资源有限,传统的周期采样会带来不必要的计算资源的浪费。因此,为了降低NCSs中的网络负载压力从而提高网络传输效率,需要为控制系统设计合理的事件触发机制(Event-Triggered Mechanism,ETM)。但是,在引入ETM的过程中,NCSs会遇到诸如网络诱导延迟、执行器或传感器故障、数据包丢失等问题。这些问题会导致基于事件触发的NCSs不稳定或者表现出比较差的性能。因此,为了避免这些限制因素,研究事件驱动下的网络化控制系统是有必要的。本文的具体研究内容如下:首先,对于带有时变延迟的NCSs,提出了ETM控制下的线性时不变(Linear-Time Invariant,LTI)系统。在带有ETM以及量化的LTI系统的基础上,设计了量化观测器来观测系统的状态。通过综合考虑网络诱导延迟,ETM以及量化器,得到了基于LTI系统的闭环模型。使用Lyapunov泛函的方法,证明了所设计的观测器可以实时监测系统的状态,并通过仿真实例来证明结果的有效性。然后,在同时考虑了时变时滞,信号量化的基础下,建立了包含时变时滞,量化输出反馈控制的NCSs模型。在此模型的基础上,引入可以改变触发频率的ETM,从而得到包含了ETM以及量化输出反馈的闭环模型。随后给出了参考跟踪信号,并通过参考信号和网络模型得到了误差系统。使用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式的方法,证明系统渐近稳定并且满足H_?性能指标。仿真实例证明带有ETM的系统具有良好的跟踪性能,并且具有更低的触发频率。其次,研究了连续NCSs事件触发故障检测滤波器(Fault Detection Filter,FDF)和控制器协调设计问题。通过综合考虑NCSs中的执行器故障和丢包问题,建立了包含ETM和FDF的闭环模型,并运用Jensen’s不等式的方法来研究基于Lyapunov泛函得出的向量积分不等式。与现有的Wirtinger积分不等式相比,该方法保守性低。因此,设计的FDF可以更好地在检测过程中维持残差信号对故障的敏感性。最后,研究了基于ETM的NCSs的动态输出反馈控制(Dynamic Output Feedback Control,DOFC)。通过综合考虑NCSs中的网络诱导延迟和时序错乱的问题,建立了包含ETM和DOFC的闭环模型。通过Lyapunov泛函,结合互斥分布和Jensen’s不等式的方式,证明了得出的闭环系统在给定的时间域内渐近稳定,并且与静态控制相比具有更广的控制范围。
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