基于事件触发的网络化系统分析和协同设计研究

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在网络控制系统(NCSs)研究中,无论是从有线网络控制系统发展到无线网络控制系统,还是从传统的周期采样控制到事件触发控制,最具有挑战性的研究问题即是协同设计问题。协同设计即是把控制策略和网络通信等资源受限条件同时考虑来进行系统分析与设计,从而使系统性能和网络资源得到优化,而本文的最终任务即是研究非线性网络控制系统(NCSs)中事件触发器和控制器的协同设计问题。网络通信带宽的有限性是NCSs中不可避免的一个问题,为此,本文以提高网络资源利用率为主要出发点,并以事件触发机制替代网络控制系统中传统的节点驱动方式。其中,主要完成了包括设计节约网络资源的事件触发传输策略及其与控制器的协同设计问题,同时,也考虑了当丢包现象存在于NCSs中时,其对系统性能所造成的影响,具体研究内容和成果如下:首先,针对基于事件触发机制的非线性NCSs进行了稳定性和H?性能的分析。通过T-S模糊模型建立了系统模型。基于该模型,采用相对误差阈值的思想,给出了事件触发机制(ETM)的传输策略。而后,通过引入并行分布补偿(PDC)技术,设计了相应的状态反馈控制器。再通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii函数方法,结合线性矩阵不等式(LMI)理论,进一步得到了保证系统均方稳定的充分条件且满足一定的H?性能指标。然后,基于前一章的研究,结合了数据丢包问题,提出了基于相对误差的多信道事件触发机制(ETM)策略。接着对一类非线性NCSs的数据包丢失问题和H∞状态反馈控制问题进行了研究,其中数据丢包被描述为独立同分布的Bernoulli过程。其次,通过T-S模糊模型建立了系统模型,并引入了PDC技术,从而设计了状态反馈控制器。基于此模型,利用LMI理论和Lyapunov-Krasovskii函数方法,给出了满足系统均方稳定性要求和一个改善的H?性能指标的控制器存在的充分条件。另外由于事件触发器的作用,节点的数据传输速率有了明显的降低。最后,针对一类非线性网络控制系统(NCSs)的连续被控对象研究了事件触发机制和控制器的协同设计方法。首先,通过离散化方法将非线性系统转换成一种离散化的模型,通过T-S模糊模型和离散化方法对非线性系统进行建模,并利用引入的PDC技术设计了状态反馈控制器。其次,基于此模型,利用Lyapunov-Krasovskii函数方法,并结合LMI理论,在基于绝对误差阈值的事件触发机制上实现了网络控制系统的一致有界性,且可以通过调节事件触发的参数从而调节系统的状态。
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