基于事件驱动的网络化离散广义系统的控制与状态估计

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广义系统是一类比传统状态空间系统更具一般性的动力学系统,能更好地描述实际系统。网络化控制系统是随着网络通信技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展而出现的一类新型控制系统,由于其具有重要的实际应用背景而被广泛关注。网络化广义系统是被控对象为广义系统的网络化控制系统,对于网络化广义系统的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文将研究在事件驱动机制下网络化广义系统的分析与综合问题,旨在探索基于事件驱动的网络化广义系统的控制与状态估计方法。在传统状态空间系统理论的基础上,针对广义系统与传统状态空间系统的不同,寻找对网络化离散广义系统的分析方法。探讨广义系统的网络化控制、状态估计、滤波器设计等问题。针对网络化控制系统的特点,设计和改进了几种事件驱动控制策略,并应用于网络化广义系统的控制中;对含有混合时滞、数据丢包和传感器饱和等现象的广义系统,构造了新的、更一般的系统模型;基于时滞分块、离散Jensen不等式、有限和不等式等技术,推导得出了广义系统可容许的判定条件;基于线性矩阵不等式技术,给出了控制器增益、状态估计器增益、滤波器参数与事件驱动控制策略的联合设计方法。本文主要内容包括以下几个方面:(1)研究了几类网络化离散广义系统的事件驱动控制问题。利用李雅普诺夫泛函方法,提出了一种保证网络化离散广义系统可容许的新判据;在此基础上,进一步研究了一类网络化广义非线性系统的事件驱动H∞控制问题,充分分析网络化诱导时滞对系统的影响,给出了新的事件驱动控制策略,得到了广义系统时滞分布依赖的可容许性判据;对有网络化攻击的广义系统的事件驱动控制问题进行了分析。(2)研究了一类含有混合时滞和传感器饱和的离散广义系统的状态估计问题。为了节省网络带宽、提高网络资源的利用效率,对于每一个传感器设计了事件检测机制,构造了分布式事件驱动方案;建立了状态估计误差系统的综合模型;利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式技术,推导得出了使状态估计误差系统是正则、因果、稳定且具有给定H∞性能指标的充分条件;给出了事件驱动策略参数与估计器增益矩阵的联合设计方法。(3)研究了具有混合时滞和数据丢包现象的网络化离散广义非线性系统的H∞滤波问题。利用相互独立的伯努利分布随机变量,对系统存在的离散时滞、分布时滞和丢包进行建模,建立了一种精确的网络化离散非线性广义系统模型,利用李亚普诺夫理论和松弛变量技术,得到了使滤波器误差系统是可容许的且具有期望的H∞性能指标的充分条件,给出了H∞滤波器的设计方法。(4)研究了广义马尔可夫系统基于事件驱动的网络化滤波问题。为了节省网络带宽,提出了一种模态依赖的事件驱动方案。通过对网络延迟问题的研究,建立了基于事件驱动的广义时滞马尔可夫跳变系统。利用时滞分块技术得到了新的容许性判据,在统一框架下设计了具有模独立特性的可变阶H∞滤波器。在此基础上,进一步研究了离散马尔可夫跳变系统的基于事件驱动策略的混合H∞/无源滤波问题。通过引入切换变量,统一架构了模态依赖与模态独立两种滤波器的设计。根据Lyapunov理论和有限和不等式,得到了使系统随机可容许且具有混合H∞/无源性能指标的充分条件,给出了滤波器和事件驱动控制策略参数的联合设计方法。所提出的设计方法可以在统一的框架下对广义马尔可夫跳变系统的模态依赖或者模态独立的H∞滤波、无源滤波和混合滤波问题进行分析。(5)利用图理论和广义系统理论,研究了具有切换拓扑结构的离散广义多智能体系统的事件驱动保成本一致性控制问题。在充分利用多智能体系统一致性协议的基础上,提出了新的动态事件驱动策略。以线性矩阵不等式的形式给出了事件驱动保成本一致性的条件,给出了一致性控制增益的设计算法,给出了成本函数和一致性函数的显式表达式。最后,对本论文进行了总结,并展望了未来的研究课题与方向。
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