几类基于事件触发机制的网络控制系统研究与设计

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近些年具有广泛应用前景的网络控制系统(NCSs)伴随着通信技术的不断进步,受到了极大的关注并取得了快速的发展。然而机遇与挑战共存,网络控制系统具有安装维护方便、低成本、高可靠性和资源共享等优点,但是通过网络传输控制信号也带来了通信时延、数据包丢失、错序、网络拥塞、随机干扰等问题,给控制系统的稳定分析和综合设计带来了诸多挑战。为了达到节约通信网络带宽和计算等资源的目的,诸多学者提出在网络控制系统中引入事件触发机制的方案。但是,在目前已有成果中关于事件触发网络控制还存在一些局限,如:采用专用传感器连续测取目标信息并产生触发信号的连续触发机制,多数因成本太高而难于实现;无法显著降低系统数据发送率;涉及多通信信道或分布式触发架构的情况较少。基于以上现状,本文在对相关课题背景及已有研究成果进行分析和总结的基础上,主要研究了以下内容:考虑一类存在网络诱导时延和数据丢包补偿的网络控制系统,本文研究了基于事件触发和通信信道备份传输补偿方案的状态反馈系统∞控制器设计问题。在考虑分布式事件触发机制(DETMs)、基于双通信信道共享的补偿机制和双通信信道共享的通信方法的基础上,通过引入基于通信信道备份传输的方法实现丢包补偿的目的。然后,基于相关理论建立了一个连续时间控制系统闭环模型,研究了基于网络时延和丢包补偿的双通信信道共享问题。考虑一类存在时变采样和数据丢包的网络控制系统,本文研究了基于事件触发机制的静态输出反馈系统的∞控制器设计问题。针对这种采用非均匀周期采样的系统,采样到的数据是否需要被传输由事先设计好的事件触发条件来确定。本文提出了一种事件触发机制,具体表现为,输出的当前值和先前传输的值之间的差值与最新测量到的输出相比变化太大时,该机制会调用当前采样触发数据进行传输。输出反馈控制器在同时考虑通信和控制的情况下,还能保证期望的鲁棒稳定性能。最后,给出了数值案例。考虑一类存在网络诱导时延的分布式触发机制的网络控制系统,本文提出了一种基于线性分布式系统的事件触发∞控制的系统解决方案。首先,提出了具有分布式结构的事件触发机制,在该方法中,每个子通信信道的采样数据是否应该被传输仅由该子通道相对应的触发条件决定。然后,建立了一个具有数据缓存器且依赖子通道信息的分布式事件触发网络控制系统模型。其次,本文提出一个新颖的Lyapunov泛函,完成了系统鲁棒性能稳定性分析,在此基础上研究了系统的∞控制器设计问题。最后,给出了说明案例。
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