网络化控制系统的周期事件触发控制

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随着计算机技术与网络通讯技术的迅速发展,网络化控制系统(Networked control systems,NCSs)因为其结构简单,易扩展等优点得到了越来越广泛的应用。网络化控制系统是一种分布式控制系统,控制系统中的各个节点分散在不同的位置,且各节点之间的通讯依赖于网络。但是,在引入网络作为通讯介质之后,由于网络的通讯带宽有限,大的通讯负载可能会引发时延、丢包等一系列问题,这些都会影响系统的控制效果,而周期事件触发控制(Periodic event-triggered control,PETC)则可以很好的弥补通讯资源受限的问题。为此,本论文讨论网络化控制系统的周期事件触发控制问题,研究不同系统条件下周期事件触发机制与控制器的协同设计,主要内容有:针对状态不可测的网络化线性系统,为充分减少网络中信号的传输次数,在传感器一侧引入基于模型的周期事件触发机制,同时在控制器一侧引入一种新的切换阈值事件触发机制。为了便于进行稳定性分析,根据传感器到控制器(Sensor-Controller,S-C)以及控制器到执行器(Controller-Actuator,C-A)的信号传输情况,采用扩展状态向量的方法,将原有系统模型构建成新的分段线性系统模型,利用Lyapunov稳定性定理以及线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)理论得到闭环系统稳定时,控制器增益、观测器增益以及周期事件触发机制参数需要满足的充分条件。针对含有参数不确定性的网络化时延分段仿射系统,引入周期事件触发机制减少网络中信号的传输次数以及控制律更新次数。通过构建新的系统模型,基于分段Lyapunov函数,并运用S过程,将含有约束的LMI转换为不含约束的LMI,同时利用矩阵求逆定理,推导出系统渐近稳定时,周期事件触发机制参数与分段鲁棒控制器增益需要满足的充分条件。最后利用LMI工具箱求解得到与提前设置好的事件触发机制参数相适应的分段鲁棒控制器增益。针对执行器存在随机间歇性故障的网络化分段仿射系统,引入周期事件触发机制。采用Bernoulli分布序列描述执行器故障的发生,通过构建新的系统模型,基于分段Lyapunov函数以及LMI理论,实现周期事件触发机制与被动容错控制器的协同设计,所设计的控制器能够克服间歇发生于执行器的故障,保证网络化PWA系统是渐近稳定的并且满足一定的H_?性能指标。
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