基于切换的网络化预测及事件驱动控制的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:hldu
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网络化控制系统的理论已经得到了广泛关注,网络预测控制和基于事件驱动的网络化控制是近些年两个热门的研究方向。网络预测控制策略被用于补偿多种不稳定网络现象对整个闭环网络化控制系统带来的影响。事件驱动控制策略在不过多损失网络化控制系统性能的前提下减少共享网络的负担。但这两个方向中仍然存在大量需要解决的问题。本文针对上述两个方向,基于切换系统理论开展研究,具体内容如下:1.针对一类离散时间线性时不变网络化控制系统,研究了网络预测控制策略设计及稳定性分析问题。利用切换系统方法描述传感器到控制器,以及控制器到执行机构之间的时滞与丢包现象,采用主动丢包策略,设计了补偿时变时滞的网络预测控制策略。利用小增益定理,改进了现有文献利用网络预测控制器处理时变时滞时增广矩阵过大导致的计算量大的问题。对于不考虑外部扰动时的闭环系统,得到了保证闭环系统渐近稳定的充分判据。并利用直流步进电机的转速控制实验验证所提出方法的有效性。2.针对带有范数有界不确定性的网络化控制系统,利用被控对象的标称系统进行网络预测控制器设计,研究了闭环系统的稳定性分析问题。将网络预测控制器和带有不确定性的离散时间系统组成的闭环系统转化成带有不确定性的切换系统。利用切换系统稳定性分析方法,给出了保证系统稳定性的判据,并通过实际实验验证了所提出的网络预测控制策略的有效性。3.针对反馈通道中带有不稳定观测现象和前向通道带有时变时滞现象的问题,研究网络预测控制策略在这两种情况下的稳定性分析问题,并分别给出闭环系统渐近稳定的充分条件。对于前者,利用带有稳定观测和不稳定观测的切换系统描述观测误差系统,基于切换系统中平均驻留时间策略,给出了观测误差系统渐近稳定的充分条件。对于后者,将前向通道网络中的时变时滞信号作为切换信号,并引入到闭环控制系统中,根据网络预测估计状态与实际观测器估计状态之间偏差,给出预测器-观测器误差变量,并利用切换系统稳定性中共同Lyapunov方法给出闭环系统稳定的充分条件。与现有文献相比,上述方法无论从理论分析还是数值仿真角度都具有更小的保守性。4.研究了在网络时滞存在的条件下事件驱动控制策略和网络预测控制策略的综合设计问题。通过对控制器、传感器和执行机构的重新设计,三个部件中使用的观测状态、产生的预测状态和预测控制量,以及使用的预测控制量在时滞存在的情况下保证同步。利用切换系统思想将闭环系统转化为切换系统模型。然后结合切换Lyapunov思想,给出保证闭环系统渐近稳定的充分条件。最后通过数值仿真和实际实验分别验证了在网络时滞存在的条件下所设计网络预测控制策略和事件驱动控制策略的有效性。5.研究了丢包现象下采用事件驱动控制策略的网络化控制系统的稳定性分析问题。首先利用Lyapunov函数给出带有丢包现象的事件驱动控制策略设计方案。然后使用-个在正常传输和丢包发生时的切换系统描述带有丢包现象和事件驱动控制策略的闭环系统。采用切换系统中常用的平均驻留时间策略,给出保证闭环系统稳定性的充分条件,并利用实际实验验证所提出方法的有效性。
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