基于事件触发机制的网络控制系统设计与分析

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网络控制系统以其资源共享、分布式控制和智能化等显著优点,被广泛应用于智能电器、工业机器人、航空航天设备等诸多领域,是当前工业控制领域发展的一个热点。然而,随着控制系统规模的增大,有限的网络资源和愈加复杂的控制任务之间的矛盾日益突出,以及网络结构的日趋复杂化对网络中数据传输的安全性要求也越来越高。基于以上现状,本文以一类网络带宽资源受限的线性网络控制系统为研究对象,分析了系统的稳定性和安全控制问题。首先,研究了改进型事件触发机制下线性网络控制系统的稳定性与控制器设计问题。利用一种更具一般性的改进型事件触发机制控制网络中的数据传输量,在此基础上构造包含尽可能多的系统时延信息的Lyapunov-Krasovskii泛函。基于Lyapunov泛函理论和改进的自由加权矩阵方法,给出了系统渐近稳定的充分条件和控制器设计方案。通过仿真实例与现有文献中事件触发方案比较,验证该事件触发机制拥有更大的平均发送周期,可以有效地减少网络中的数据传输量,节约更多的网络资源。然后,考虑到外部扰动的存在,研究了基于事件触发机制的网络控制系统H_∞控制问题。采用一种事件触发机制对当前传输的数据包进行判断和筛选,该事件触发机制是上述改进型事件触发机制的一种特例。同时,利用时滞系统方法构建了包含网络时延和事件触发机制的时滞模型,选取了一种新型不连续的Lyapunov-Krasovskii泛函,结合线性矩阵不等式技术给出了系统的H_∞稳定性判据和控制器设计方法。数值仿真实例表明该方法的有效性。最后,同时考虑网络时延、外部扰动和网络攻击的影响,研究了基于事件触发机制的H_∞滤波器设计问题。采用一种事件触发机制来减少网络中的数据传输量。同时,引入一个Bernoulli变量来描述网络攻击的随机特性,建立一个能同时刻画事件触发机制、网络时延和网络攻击影响下的H_∞滤波误差系统模型。利用线性矩阵不等式技术给出了系统的均方渐近稳定性判据,该判据刻画了事件触发参数,网络攻击发生概率,时延参数,滤波器参数之间满足的制约条件,以此为基础进行H_∞滤波器设计。通过仿真算例验证了H_∞滤波器设计方法的有效性。
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