非线性系统事件触发抗干扰控制理论及其应用研究

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近几十年来,随着数字计算机技术、通信技术和网络技术的快速发展,网络化控制系统因其便于维护和安装、拓展性好、各个环节信息交互可靠等优点,在许多实际工业生产中(如移动传感器网络、分布式电力系统、智能交通系统等)具有广泛的潜在应用价值。网络化控制可以通过有线/无线网络、智能传感器、数字技术、通信技术等手段将系统之间的各个环节通过计算机网络连接起来,从而实现高效的信息交互,更好地完成控制任务。与此同时,网络化控制系统对信号传输通道的带宽、传输频率等有着较高的要求,因而当信号传输通道的带宽有限、信号之间的交互较为频繁时,网络之间的传输便可能会出现信号阻塞、网络时延、丢包等难以处理的情况,从而影响被控系统的实际运行性能。因此,如何在保证系统性能的情况下降低系统模块之间信号的传输负担,是网络化控制系统中十分重要的研究课题。
  传统的时间触发控制机制以等周期来执行控制任务,没有考虑系统资源。为此,人们提出了基于事件触发的控制思想。事件触发控制的核心思想是根据系统性能需要来执行控制任务,从而避免不必要的资源浪费。目前,事件触发已经是降低信号传输频率、提高网络资源有效利用率的重要手段之一。虽然针对事件触发控制理论的研究已经取得了令人鼓舞的成绩,但是其在理论分析和综合上还存在种种不足,如:1)受扰系统的事件触发控制设计和鲁棒性分析:现有关于事件触发控制的理论大多是针对标称系统,没有考虑干扰。然而,网络化控制系统中各种各样的干扰不可避免。对于事件触发控制系统,干扰不仅会损害系统标称控制性能,而且会影响系统触发机制的性能,甚至一个任意小的干扰有可能导致事件触发控制系统产生芝诺行为;2)事件触发输出反馈控制问题:目前,绝大多数的事件触发控制需要假设系统所有状态已知。针对非线性系统的输出反馈结果比较有限;3)周期性事件触发控制问题:和连续事件触发控制相比,周期性事件触发控制的触发条件是离散的,因此不需要设计额外的硬件连续检测触发条件,更加适用于数字计算和通信平台。但目前关于周期性事件触发控制的研究成果相对有限,尤其是针对非线性系统。
  综上分析,本文主要针对多种受扰网络化控制系统,研究周期性事件触发输出反馈抗干扰控制方法。本文的主要贡献包括:1)本文首次针对非Lipschitz条件非线性系统,研究事件触发输出反馈控制问题;2)将干扰观测/补偿技术与事件触发控制思想结合,不仅改善了闭环系统的抗干扰性能,同时也显著地节约了系统通信资源;3)所提控制方法具有离散时间形式。这样的控制设计策略便于在数字计算机中实现;4)提出了多种不同的静态/动态周期性事件触发机制,丰富了事件触发控制理论。
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