连续系统事件触发二次型优化控制研究

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由于当今的系统控制方式大多都是基于数字平台进行设计的,因此在这种控制平台中需要更多的考虑系统状态的采样;传统的采样方式是周期进行的,因此其采样周期是固定不变的,这种方式称为时间触发机制。然而对于一些需要考虑采样效率的系统而言,该方式可能会造成系统计算和通信资源的浪费。因此,近十几年来,事件触发控制(Event-Triggered Control,ETC)越来越受到人们的关注。事件触发采用的是一种叫做非均匀(非周期)的采样方式,它能够动态的进行系统的状态采样,相较于采用周期采样控制方式的系统,在ETC作用下,系统的平均采样周期更加长、频率更慢,相应的其控制器的更新频率也会更慢,所以ETC可以减少对系统硬件计算资源的使用。优化控制理论可以在预先设定的代价函数下,最小化系统的控制输入,因此在优化控制理论中,采用最小值原理可以得到系统的控制输入,以实现对系统控制器的设计。在本文中,考虑ETC机制下设计合适的优化控制器,以达到对整个闭环系统的控制,其中分别讨论系统ETC机制或自触发机制的设计方法,然后通过线性二次型方法得到系统的优化控制器,进而对系统的稳定性进行分析,进一步又分为事件触发优化、自触发优化控制和基于状态观测器的事件触发优化控制,具体如下:首先,结合优化控制理论,研究了线性系统基于ETC机制的线性二次型(LQR)优化控制器设计方法。在控制器设计方面,给定使得系统从初始状态到达平衡点的性能指标泛函,通过极小值原理求解系统的优化反馈控制器;在ETC机制设计部分,给出使得闭环系统到达输入-状态稳定(Input-State Stability,ISS)的一个触发条件;接着引入了动态事件触发条件以进一步减少采样次数,然后证明了系统不存在芝诺行为。最后,通过MATLAB仿真进行验证。其次,基于事件触发优化控制方法,通过对其中的ETC条件做相应的改进,设计了一个自触发条件,同时在控制器设计中也采用优化控制理论得到了相应的二次型优化控制器;在稳定性分析中证明了在ETC和自触发优化控制方式下,系统能够达到稳定,并且无芝诺行为;然后通过MATLAB进行仿真分析,并对所使用的两种控制方式进行比较分析,证明自触发控制相较于ETC的优点。最后,针对实际物理系统中可能会存在状态不可测得问题,提出了基于状态观测器的事件触发优化控制方法。首先对于带有状态观测器的控制系统进行建模与分析,其次结合优化控制理论,通过设置使系统从初始状态达到平衡点的性能指标泛函,根据最小值原理得到系统的二次型优化反馈控制律。然后,给出相应的事件触发条件,得到了能够保证控制系统和观测器误差系统达到渐近稳定的两个充分条件。最后给出一个具体算例,通过MATLAB进行仿真分析。
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