【摘 要】
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切换系统是一类重要的混杂系统,它在机械制造、化工生产、交通管理、航空航天等很多工程领域有着广泛的应用.随着计算机网络技术的快速发展,网络控制系统已成为控制领域一个非常重要的研究课题.但通信网络的介入也会不可避免地诱导出很多问题,如信息拥堵、丢包、传输时滞以及网络攻击等.面对有限的通信资源以及愈加复杂的控制任务,事件触发机制在减少不必要的数据传输、促进传输通道的高效利用以及改善系统性能等方面有着重要
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切换系统是一类重要的混杂系统,它在机械制造、化工生产、交通管理、航空航天等很多工程领域有着广泛的应用.随着计算机网络技术的快速发展,网络控制系统已成为控制领域一个非常重要的研究课题.但通信网络的介入也会不可避免地诱导出很多问题,如信息拥堵、丢包、传输时滞以及网络攻击等.面对有限的通信资源以及愈加复杂的控制任务,事件触发机制在减少不必要的数据传输、促进传输通道的高效利用以及改善系统性能等方面有着重要的作用.目前,绝大多数关于切换系统的研究都是在非网络环境下展开的,基于事件触发机制的网络切换系统的相关成果还比较少,许多有价值的工作有待进一步拓展.本文基于事件触发机制,考虑系统状态不可测、执行器故障、异步切换、传感器饱和、网络传输时滞、网络攻击等情况下的网络切换系统的稳定性、H∞等性能以及控制问题.主要研究内容如下:1、研究了基于事件触发机制和观测器的切换时滞系统的H∞控制问题.设计基于观测器状态的事件触发机制,构造模态依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函.利用平均驻留时间方法和Jensen不等式技术,得到了事件触发机制下的闭环切换系统指数稳定且满足H∞性能的充分条件,并给出了控制器与观测器基于线性矩阵不等式的联合设计方案.此外,证明了任意相邻触发采样间隔存在一个正下界,避免Zeno现象的发生.最后,通过河流水质控制模型验证了方法的有效性.2、研究了基于事件触发机制的切换时滞系统的广义耗散性及可靠控制问题.设计模态相关的事件触发机制,针对子系统模态与控制器模态在触发采样区间出现异步的情况,通过合并切换信号技术,建立含有融合信号的闭环切换系统.构造模态依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,得到了事件触发机制下闭环切换系统满足广义耗散性的充分条件,并给出了可靠控制器的设计方法.而且,切换时滞系统的H∞性能、L2-L∞性能、无源性、耗散性可作为特例从所建立的结果中得出.最后,通过升压变换电路模型对所提方法的可行性进行验证.3、研究了事件触发机制下非线性切换系统的H∞故障检测问题.基于系统的输出和驻留时间提出模态相关的事件触发机制.设计故障检测滤波器来检测故障信号,考虑滤波器模态与子系统模态在触发采样区间上出现异步的情况,构造含有融合信号的Lyapunov函数,运用平均驻留时间方法,得到了异步切换下增广系统指数稳定且满足H∞性能的充分条件.通过变量替换的方法,故障检测滤波器的相应系数矩阵用显式表达式给出.最后,将所得结果应用到质量弹簧模型中验证了方法的有效性.4、研究了网络攻击下随机切换系统的H∞可靠控制问题.针对DoS攻击对网络数据传输的影响,给出了拒绝通信区间与允许通信区间的划分.在拒绝通信区间上,数据不能正常传输,导致子系统模态与控制器模态出现异步.考虑执行器故障的影响,设计合适的事件触发机制,利用Lyapunov稳定性理论和平均驻留时间方法,得到了 DoS攻击下闭环随机切换系统均方指数稳定且满足H∞性能的充分条件,并给出了可靠控制器基于线性矩阵不等式的设计方法.最后,数值算例验证了所提方法的有效性.5、研究了网络攻击下Markov跳变系统的混合无源与H∞控制问题.设计了基于周期采样的事件触发机制,减少冗余数据的传输,缓解带宽压力.考虑数据在传输的过程中受网络传输时滞、传感器饱和以及欺骗攻击的影响,利用输入时滞的方法,将原系统转化为Markov跳变时滞系统.构造模态依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,通过不等式放缩技术,得到了闭环Markov跳变系统随机稳定且满足混合无源与H∞性能的充分条件,并给出输出反馈控制器的设计方法.最后,以机械臂模型为仿真对象,对所提方法进行了验证.
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