基于事件触发机制的多丢包网络化控制系统稳定性研究

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随着科技的发展以及计算机水平的提高,网络化控制系统在工业上得到了广泛的应用。在控制科学领域,网络化控制系统作为一种特殊的混杂动态系统,近几十年来一直是控制理论与工程研究的热点。由于网络化控制系统通常涉及多个控制回路,共享计算和通信资源,对信号传输的信道带宽与效率有较高的要求,因此,有效利用这些资源是网络化控制系统设计的核心问题。事件触发控制(ETC)机制是节约通信信道的有效方法,相比于基于时间触发的控制策略,ETC的方法是让传输间隔取决于系统的状态,从而确定必须使用通信资源的实际需要。这种资源感知控制视图似乎更适合于处理通信资源的稀缺性,特别是当控制系统与其他设备和用户共享通信网络时。ETC设计的基本研究问题之一是如何设计能够在减少控制任务执行和数据传输的同时提供满意的控制性能的方法。实际的网络控制系统设计应该考虑数据包丢失和传输延迟,它们会降低控制系统的性能,甚至导致不稳定。首先,研究了在多传输信道发生丢包的情况下,基于ETC机制的网络化控制系统的稳定性问题研究。首先建立系统模型,将控制通道和测量通道中均存在数据丢失现象的网络控制系统描述为一个随机参数系统。为设计具有事件触发规则的动态输出反馈控制器提供了一些充分条件,以保证系统的指数均方稳定。其次,进一步在考虑了外部扰动的情况下,采用Lyapunov理论设计出动态反馈控制器和ETC条件,使得该系统满足具有鲁棒H性能,具有一定的抗干扰能力。为了优化事件触发方案和控制器设计,改进了求解LMI的算法。最后给出了算例和仿真结果,验证了所提出方法的有效性和适用性。最后,由于在实际的嵌入式系统和工业物联网系统中,相比于ETC在硬件上的难实现性,周期性事件触发控制(PETC)策略结合了时间触发的易实现性和传统ETC机制的对数据的高利用率的优势,因此本文采用混杂系统的研究方法,研究具有连续丢包问题的PETC机制的网络化控制系统稳定性研究。首先,建立考虑连续丢包的PETC条件模型与动态输出反馈控制器模型。然后将该闭环系统建模为混杂模型,研究系统状态在流集和跳变集上的演化规律,进一步采用Lyapunov理论设计出使得系统2稳定的条件。最后本文给出了仿真算例,验证了理论的可行性。
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