基于规则的非线性系统鲁棒事件触发控制

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时间触发采样和事件触发采样是对定义在连续时间上的信号进行采样的两种方式。基于周期性时间触发采样的控制构成了传统意义上计算机控制的基础。与周期性时间触发采样控制不同,事件触发控制的基本思想是根据系统的运行情况在线确定控制器何时进行反馈控制,被认为是能够进一步节约计算和通信资源的一种控制方法。不仅如此,对于许多非线性系统,周期性采样控制往往仅能实现半全局镇定,而事件触发控制则可能实现全局镇定。因此,事件触发控制已经成为近年来控制理论研究的热点方向之一。干扰和不确定性普遍存在。当存在干扰和不确定性时,基本的事件触发器可能会出现无限快采样的现象。从理论上讲,这会破坏系统的前向完整性;从系统实现的角度讲,这会造成计算和通信资源的浪费。同时,非线性系统对干扰和不确定性的鲁棒性可能比线性系统更加脆弱。比如,即便是很小的、渐近收敛到零的干扰也可能使一个无干扰时全局渐近稳定的非线性系统发散。因此,非线性系统的鲁棒事件触发控制被认为是该领域的基本理论问题之一。目前,处理干扰和不确定性的方法主要有e修正、事件-时间混合触发、动态事件触发等。其中,已知的基于e修正的研究在提升鲁棒性的同时舍弃了系统的收敛性。而现有的事件-时间混合触发方面的研究结果则通过引入时间触发来避免无限快采样,这就导致当出现干扰时,真正发挥作用的是周期性的时间触发而非事件触发,此时减少资源使用便无从谈起。而已知的动态事件触发研究结果仅能处理不改变闭环系统平衡点的一类干扰和不确定性。在现有工作的基础上,本文针对非线性系统的鲁棒事件触发控制问题,提出了一种新的、基于规则的事件触发器,并将其应用于解决受干扰和不确定性影响的非线性系统的鲁棒事件触发控制问题。本文主要包括如下三个方面的工作:首先,以受到外部干扰影响的一类非线性系统为对象,本文提出了一类基于规则的事件触发器。如果被控对象具有一个对测量误差鲁棒的控制律,那么该控制律与本文提出的事件触发器相结合便构成一个鲁棒事件触发控制律,其不仅能够避免无限快采样,而且能够保证从外部干扰到状态收敛误差的增益特性。当外部干扰渐近收敛时,闭环系统的状态也渐近收敛。相关鲁棒性和增益特性是由输入到状态稳定性来描述的。通过对全状态反馈情形下的鲁棒事件触发控制进行推广,本文给出了一个针对包含动态不确定性的非线性系统的鲁棒事件触发控制结果。其基本思想是,将闭环系统转化为由输入到状态稳定的子系统构成的关联系统,并利用回路小增益定理保证闭环系统的鲁棒稳定性。在鲁棒事件触发设计的基础上,本文以一类典型不确定非线性系统为被控对象,新设计了非线性观测器和控制器,并将其与本文提出的事件触发器相结合,解决了该类系统基于动态输出反馈的鲁棒事件触发控制问题。
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