【摘 要】
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事件触发控制由于只在满足某些明确定义的触发条件时才发送相应信号,避免不必要的信号传输,能够节约通信资源,并减轻计算负担,因此受到越来越多的关注。结果表明,相比于传统的周期采样而言,事件触发采样在提高通信效率的同时可以保证令人满意的稳定性和控制性能,因而成为一种时间触发机制的可替代方案。尽管基于事件的控制律在形式上类似于经典的连续时间采样,但由于控制设计中只能使用间歇的采样信息,事件触发控制问题带来
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事件触发控制由于只在满足某些明确定义的触发条件时才发送相应信号,避免不必要的信号传输,能够节约通信资源,并减轻计算负担,因此受到越来越多的关注。结果表明,相比于传统的周期采样而言,事件触发采样在提高通信效率的同时可以保证令人满意的稳定性和控制性能,因而成为一种时间触发机制的可替代方案。尽管基于事件的控制律在形式上类似于经典的连续时间采样,但由于控制设计中只能使用间歇的采样信息,事件触发控制问题带来了许多新的挑战。关于事件触发控制的研究已经取得了很大进展,但现有的研究成果仍具有诸多局限性。主要体现在:1)目前在传感器端引入事件触发机制的控制策略,考虑的系统大体比较简单（尚未考虑具有非匹配参数不确定的高阶非线性系统）;2)针对具有非匹配参数不确定的高阶非线性系统,目前的文献只考虑了在控制器端采用事件触发机制。而针对这类系统,考虑在传感器—控制器和控制器—执行器双通道设置事件触发机制,目前还未有相关结果。本论文从控制角度出发,在通信资源和计算资源受限的情况下,针对不确定非线性系统,研究事件触发控制设计问题。由于事件触发机制引发的间歇性状态/输出信号不可导,使得控制器设计和稳定性分析变得极具有挑战性。本文旨在解决基于自适应Backstepping技术框架下,利用间歇性状态/输出反馈信号如何进行控制设计的难题,避免对间歇性状态/输出信号直接进行求导,主要研究成果可以概括如下:（1）针对一类具有动态输入/输出交互作用的非线性互联系统,提出一种状态触发控制方案。当引入事件触发机制来传输互联系统的状态信号时,Backstepping技术涉及到的虚拟控制信号不可导,从而使得递归反推设计过程不适用。针对这一难题,本文提出一套替换方法,先采用连续状态反馈机制设计分散自适应控制器,再用间歇性状态替换其中的连续状态设计实际的事件触发控制器,避免对间歇性状态信号直接进行求导,首次解决间歇状态反馈下的分散自适应控制设计难题。（2）针对一类更一般的非匹配不确定非线性系统,首次提出只利用间歇性输出信号设计输出反馈事件触发控制方案。本文考虑输入和输出信号都进行触发的情况,利用间歇性输出信号设计状态观测器,引入动态滤波技术的思想,构造动态滤波器,避免控制设计中对虚拟控制信号直接微分。为克服在李雅普诺夫稳定性分析中,虚拟控制信号仍然不可导的问题,本文首先利用原始的连续输出信号,设计辅助可导的虚拟控制信号,然后用间歇性输出信号替换连续输出信号,设计事件触发控制器。结果表明,本文提出的控制器可以保证所有的闭环信号半全局有界,并且通过选取合适的设计参数可以调整均方误差意义下的暂态性能。（3）针对一类非匹配不确定非线性系统,本文首次提出一种基于输入和输出触发的自适应输出反馈控制方案。本文首先使用动态滤波技术避免Backstepping设计中对虚拟控制信号直接进行求导,然后在参数估计器的设计中引入参数投影技术,最后利用触发后的输入和输出信号设计合适的状态观测器,以克服状态不可测量的困难。本文在自适应律中使用投影算子保证参数估计的有界性,同时便于适当处理输出触发带来的误差的影响。结果表明,本文提出的自适应Backstepping控制器可以保证闭环系统中的所有信号半全局有界,同时均方误差意义下的暂态性能可以通过选择合适的设计参数来调节。（4）针对一类具有非匹配不确定性的非线性系统,本文首次设计传感器可能发生故障情况下的事件触发控制方案。本文通过利用间歇性和具有故障的输出信号设计合适的状态观测器,使用估计的输出信号设计虚拟控制信号,并采用动态滤波技术的思想,使控制设计和稳定性分析过程更加简易明了、节约成本,而且放松对未知参数的约束条件。理论分析证明,通过本文提出的基于输出触发的传感器故障补偿控制方案,即使在传感器发生故障的情况下,闭环系统的所有信号仍然有界。
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