基于事件触发的网络控制系统研究

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近些年来,在计算机技术、网络通讯技术和控制理论及技术的持续发展与融合下,网络化控制系统得到了广泛的关注,也取得了重大的发展。然而,网络中诸如传输时延、数据丢包、信号量化等因素的引入为网络控制系统的分析和综合带来诸多问题,给网络通信、信号处理和控制等技术带来了新的挑战。特别地,为了降低网络负载和减少网络带宽的使用,传统的周期采样机制已不再能适应网络控制系统发展的需求,对基于事件触发机制的网络控制系统进行进一步的研究是非常必要的。本文研究了在存在网络传输时延的限制条件下,基于事件触发机制的网络控制系统的控制问题。首先,基于Lyapunov-Krasovskii稳定性定理和时滞系统理论,对系统进行了稳定性分析和控制器设计。选取一种新形式的Lyapunov-Krasovskii泛函,结合线性矩阵不等式(LMI)、积分不等式和互凸组合等方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件。在此基础上,利用锥补线性化算法得到闭环系统状态反馈控制器的设计方法,并对本章所使用的方法和一些现有文献中的方法作了比较,通过仿真实例验证了本文方法的有效性和适用性。然后,考虑存在外界干扰的情况,研究了具有区间时变时延网络控制系统的事件触发H_∞控制器的设计问题。通过分析网络诱导时延对系统产生的影响,建立了时滞系统模型。在该模型的基础上,运用李雅普诺夫稳定性理论以及线性矩阵不等式(LMI)的方法得到了使系统H_∞范数有界稳定的判据,进行了事件触发参数和反馈控制增益的联合设计,并以线性矩阵不等式的形式进行了描述。仿真结果显示事件触发机制相比于周期触发机制能够显著减少数据的传输量,有效地节省网络资源。最后,引入量化器对系统采样信号进行量化以减小传输数据量的大小,并对事件触发机制进行改进以提高事件触发器对系统不同状态的调整能力。通过建立包含时变时滞、事件触发器和量化器的系统模型,将网络时延、事件触发参数、量化器和控制器增益结合成一个系统的控制问题进行研究,得到使得闭环系统渐近稳定并满足给定性能指标的稳定性判据。在此基础上,得出了量化器、事件触发器和控制器进行了联合设计方法。
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