基于事件触发机制的网络化控制系统的分析与综合

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为了减少对有限的网络带宽资源的不必要的浪费,近来,基于事件触发机制的网络化控制受到越来越多研究者的关注,并且有很多重要成果被报道。这些成果有重要的理论意义,并且对事件触发机制在网络化系统中的实际应用也具有指导作用。然而值得一提的是,这些有关事件触发网络控制系统的成果仍然有一定的局限性:第一,目前所提出的大部分事件触发条件必须进行连续检测,而且实现这些触发条件需要复杂的模拟硬件装置来检测是否触发事件,到现在还没有人提出一种新的事件触发机制,即只需在离散时刻点检测事件是否发生来克服上述机制的缺点。仅在等间隔的采样时刻点判断事件触发条件有几个优点,如这样做能保证相邻两次事件触发的时间至少相差一个采样周期,而且这种事件触发条件可以方便在标准的时间尺度嵌入式软件中实现;第二,目前大部分结果仅关注事件触发网络控制系统的稳定性分析,无法设计事件触发网络化系统的控制器和滤波器,而如何设计控制器及滤波器比起仅考虑稳定性问题更具有意义和挑战性;第三,目前大部分结果仅适用于确定性系统,对具有参数不确定性的网络控制系统的事件触发机制问题没有相关结果报道。基于事件触发机制,考虑不确定性系统的相关问题更具一般性,更实际。基于上述考虑,为弥补已有结果的不足,有必要研究如何改善目前已有的事件触发机制以及解决控制器综合和滤波器设计问题。在本论文中,我们从综合的观点,针对不同的研究问题,分别引入相应的事件触发机制,提出对应的统一处理事件触发条件和控制器综合及滤波器设计的方法。具体来说,本文的主要内容可概括如下:在考虑网络时变传输延时影响的情况下,研究了一类基于事件触发机制的线性网络化控制系统的L2-增益分析问题。利用不连续李雅普洛夫泛函方法,得到由线性不等式组描述的指数稳定性分析及L2-增益分析结果。进一步,还讨论了如何将所得结果推广到含参数不确定性的系统及如何设计状态反馈控制器增益矩阵。最后,在前面研究结果的基础上(仅在传感器端引入事件触发机制),进一步研究在传感器和控制器都引入事件触发机制的情形。在考虑网络时变传输时延影响的情况下,建立同时刻画两种事件触发机制和传输延时影响的统一的网络控制系统模型,然后基于此模型,研究了相应的指数稳定性分析及L2-增益分析问题。在考虑网络时变传输延时及数据量化影响的情况下,研究了一类不确定性线性网络化系统的事件触发控制问题,得到了控制器存在的充分性条件。基于该条件,给出了控制器反馈增益及事件触发参数的联合设计方法。针对无线传感网络,研究了一类线性连续系统的事件触发H∞滤波问题。首先给出一种事件触发机制,然后在一个统一的框架下同时考虑时变传输延时及事件触发条件的影响,建立波误差系统模型,联合使用Lyapunov泛函方法,线性矩阵不等式技术及矩阵凸性,进一步分析了基于此模型的稳定性及H∞性能问题,并通过解一组线性矩阵不等式设计H∞滤波器。针对一类离散网络控制系统,研究了基于事件触发机制的鲁棒保性能控制问题。首先提出一种新的事件触发机制,然后综合考虑时变传输延时及事件触发条件的影响,通过时滞系统方法把待研究的离散闭环事件触发控制系统转化为一个等价的离散时滞系统,然后借助有关时滞系统的分析方法来研究其稳定性,并设计鲁棒保性能控制器。最后对全文进行归纳总结,并讨论将来进一步要做的研究工作。
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