通信受限下随机系统的采样数据控制与事件触发控制

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随着计算机性能和可靠性的显著提高,应用离散数字控制器来控制连续被控对象的采样数据控制系统在现代控制理论中得到了广泛的研究和应用。传统意义上,采样数据控制系统的采样区间假定为一个常数。然而,这样的假设在实际系统中往往不能成立。比如,在网络化或嵌入式控制系统中,不可预知的网络诱导现象往往容易导致采样区间的不确定性。此外,通信网络资源的有限性使得采样信号或控制命令在传输过程中可能发生时滞、丢包、乱序等严重影响系统性能或系统稳定的通信网络内在不完美现象。因此,通信受限网络下周期或者非周期采样数据系统的建模与控制研究已经成为研究热点之一。在建模的方式上,利用网络内在特性对被控系统进行建模能得到保守性更低的稳定性判据。比如,随机采样的概率特征,网络时延的概率特征,连续丢包所引起延时的非一致分布特征等。在控制的方式上,利用事件触发机制对所考虑系统进行控制能在稳定性或相关性能得以保证的前提下有效节约网络资源。因此,在这两个主要方针的指导下,本文主要研究了通信受限下随机系统的采样数据控制与事件触发控制问题。基于周期和非周期采样,研究了网络丢包建模与丢包的内在特性探究问题。基于事件触发机制,研究了丢包下离散随机系统的事件触发控制问题。本文的研究内容如下:1、基于周期采样,研究了网络连续丢包的建模和随机系统的鲁棒H_∞控制问题。为了探究连续丢包的内在特性,带有丢包的参数不确定系统首先转化为了具有随机时滞的随机系统。其中,时滞的随机性来自于丢包,且概率时滞的非一致分布特征可以通过依赖于丢包概率和丢包上界的时滞区间概率进行验证。基于此,研究了随机时滞系统的鲁棒H_∞控制问题,给出了使得随机时滞系统满足H_∞性能指标的鲁棒均方指数稳定性条件和控制器设计程序。最后,通过仿真例子验证了所提方法的有效性。2、基于随机采样,研究了随机网络化系统的丢包建模与控制问题。随机采样下丢包的输入时滞建模使得时滞具有双重随机性。其中,时滞的随机性不仅来自于丢包,还来自于非周期采样。为了探究丢包和非周期采样的双重内在特性,利用全概率公式给出了随机时滞在两个给定区间里取值的概率。根据已有方法和求得的概率,建立了一个同时依赖非周期采样概率和丢包概率的新模型。基于新模型,保守性更低的稳定性定理和控制器设计程序得以给出。最后,通过仿真例子验证了控制器的有效性和所提方法的更低保守性。3、基于多维随机采样,研究了两端同时发生丢包的网络化控制系统的建模分析和镇定问题。假定多个不同采样周期的采样误差有一个满足相关条件的上界,在此基础上,首先利用全概率公式方法给出了表征输入时滞非一致分布特征的概率值。通过引入新的随机变量和利用切换系统方法,随后建立了切换时滞的随机新模型。其次,利用平均驻留时间方法,给出了镇定控制器的充分条件。最后,通过数值仿真例子,验证了控制器的有效性和所提方法的更低保守性。4、基于离散时间系统,研究了丢包的内在特性探究和随机复杂动态网络的同步控制问题。首先,利用输入时滞方法建立了一个带有有界随机时滞的误差动态网络系统模型。利用全概率公式方法,求得了表征离散时滞非一致分布特征的精准概率。通过引入两个新的映射函数和一个新的随机变量,随后建立了一个反映了连续丢包非一致分布特征的新模型。基于新建立的模型,给出了保证误差动态网络系统全局均方指数同步的充分性条件和依赖于丢包非一致分布特征的控制器设计程序。最后,通过两个例子分别验证了控制器的有效性和所提方法的更低保守性。5、基于事件触发机制,研究了一类带有丢包的离散随机系统的建模和控制问题。考虑到事件触发机制和时间触发机制的差异性,满足伯努利分布和不满足伯努利分布的随机序列分别被用来建模网络中的被触发数据丢包。通过求解离散的P问题,给出了使得相应增广矩阵均方指数稳定且具有给定H_∞性能指标的充分性条件和控制器设计程序。最后,通过两个例子验证了控制方法的有效性。
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