基于状态重置的动态量化反馈控制研究

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随着网络技术的不断发展,出现了网络控制系统。网络控制系统建立在共享网络基础上,主要由执行器、传感器、被控对象和控制器四部分组成的具有分布化和网络化特性的反馈系统。在网络控制系统得到更广泛应用和更深层次发展的同时,亟待解决影响控制系统性能指标的网络通信带宽限制、承载能力限制和服务能力限制三大问题。针对网络控制系统带宽有限的问题,量化器应运而生。量化做为一种编码装置成为网络控制系统不可缺少的一部分。量化编码的特点是能够解决带宽有限的限制,且结构简单,便于操作。缺点是量化过程使系统行为可能出现两种变化。一种变化是饱和。另一种变化是量化平衡点附近的性能恶化。针对量化平衡点附近的性能恶化,主要采取两种方法抑制量化误差:第一种方法是更换高精度的系统设备;第二种方法也是一种经济的方法是采用一些措施降低量化误差的影响。重置量化状态就是一种解决抑制量化平衡点附近的性能恶化的新方法。本论文研究了基于重置量化状态的网络控制系统在各种情况下的表现:第一阶段,研究了结合数据量化和网络通信丢包同时存在,且控制器的控制信号也存在数据传输丢包情况下,控制信号对网络系统的控制状况;第二阶段,研究引入量化器后的量化跳变如何处理,提出了连续网络系统中,基于状态重置的动态量化观测器设计;第三阶段,研究了连续网络系统中基于状态重置的动态量化控制器设计。本文根据对数量化器特点,贝努力二项分布模型、概率论、统计学和随机过程的理论,实现了基于重置量化状态的控制器对网络系统的稳定控制。本论文的主要内容包括以下几点:1.针对现实网络,考虑被控对象输出值量化和传输信道数据丢包两种不确定因素同时存在的情况,设计控制信号可能存在数据丢包的控制器去控制系统。使控制误差满足渐近稳定的同时满足H∞性能。最后,通过用一个数值仿真例子的实验,验证了所设计的双极控制器的可靠性。2.针对控制器自身精度不高或者噪声干扰等原因产生的量化跳变引起的量化误差,设计了一种基于状态重置的观测器。所提出的观测器着重分析对数量化器的特性,分析跳变出现的各种状态,达到状态重置抑制量化跳变对系统影响的目的。最后,通过用一个数值仿真例子的实验,验证了状态重置的观测器比标准观测器在抑制量化器产生的误差方面,效果更显著。3.在网络控制系统中,数据量化是处理信号免受带宽限制的有效方法。但是量化过程产生的量化跳变对系统性能的影响又不可避免。针对如何抑制量化跳变对系统的影响的问题,研究了一种基于状态重置的动态量化反馈控制器。首先验证了状态重置观测器不会恶化量化系统的可靠性。然后基于状态重置后的特性,结合概率论和随机过程,设计一种动态量化反馈控制器。并进一步验证基于状态重置的动态量化反馈控制系统是渐近稳定的。而且通过MATLAB/LMI工具箱,还能得到控制器增益。最后根据数值仿真例子,验证了所提出的基于状态重置的动态量化反馈控制的算法是行之有效的。
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