基于自适应事件触发机制网络控制系统的分析与设计

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近年来,计算机和通信技术的快速发展,给不同领域注入了生机。不同的学科和计算机技术相互交叉、共同进步,其产物弥补了学科的空缺地带。网络控制系统是产物中的杰出代表之一,系统不同模块间使用网络来进行通讯,而不再是传统的双绞线,从而避免了连线复杂,难于扩展和维护等缺点。但是它也存在一些不足,如:数据包错序、网络时延和数据丢包等。如果忽略这些问题,势必会给系统性能带来不利的影响。因此越来越多的学者将目光聚焦在如何解决网络给系统带来的问题上,其中一个角度是避免网络拥堵。因为网络带宽是有限的,当网络中数据流量较大时,会加重数据碰撞和丢包,从而使得系统性能下降。周期采样控制中信号按周期进行发送,一些对系统性能影响较小的数据也进行了传输,这无疑加重了网络负担。事件触发机制可以使得信号按触发条件来发送,避免了信号的无意义传输,节约了网络通讯资源并提高了资源利用率。静态的事件触发机制中触发参数是一个标量,触发条件固定为一个不变的不等式,这使得触发器的灵活性和功能性降低。针对这一问题,本文对自适应事件触发机制进行了改进,其触发条件随着状态误差自适应调节,真正实现了信号的“按需”传输。基于自适应事件触发机制,本文从控制系统的可靠性、保守性和安全性角度出发进行了研究。本文的具体研究工作如下:1.针对一类具有外部干扰的网络控制系统,研究自适应事件触发机制和H∞控制器的协同设计问题。考虑到静态事件触发机制存在的不足,给出了一种改进的自适应事件触发机制,通过自适应律来调节触发参数,最大化节约网络带宽资源。然后将其引入到具有外部干扰的系统模型中,构建一个合适的L-K泛函,应用Jensen不等式和互逆凸引理,推导出一个保守性小的稳定性准则,在此基础上给出自适应事件触发机制权重矩阵和控制器增益的求解方法。最后通过示例仿真予以验证。2.考虑到参数的误差和设备故障问题会影响系统的稳定性能,针对一类具有不确定参数和执行器故障的网络控制系统,研究自适应事件触发下网络控制系统的鲁棒容错控制问题。首先将参数不确定性、执行器故障和自适应事件触发机制建立在统一的模型中,构造一个合适的L-K泛函,然后对泛函进行求导。在处理生成的积分项时,应用互逆凸引理来降低保守性,获得系统稳定的充分条件,进一步给出自适应事件触发机制权重矩阵和控制器增益的求解方法。最后通过示例仿真予以验证。3.考虑到实际工程应用中大部分都是非线性系统,针对一类网络化的T-S模糊系统,研究了基于自适应事件触发机制T-S模糊网络控制系统的H∞控制问题。首先将网络传输中的诱导时延、外部干扰和自适应事件触发机制结合在统一的框架下。在考虑到系统隶属度函数前件变量与控制器的前件变量不同步的基础上,构造一个包含更多时滞信息的L-K泛函,将系统稳定和镇定的条件以LMI的形式给出。由于前件变量不同步问题得以考虑,因而设计的控制器不再是T-S模糊点对点连接的控制器,而是T-S模糊网络控制器。最后通过示例仿真予以验证。
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