布尔网络的输出跟踪与鲁棒性问题研究

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输出跟踪问题是现代控制理论中的一个基础性问题。输出跟踪问题的主要目标是驱动系统的输出跟踪某个常值参考输出信号或者时变参考输出路径。输出跟踪问题在化学反应器、飞行器以及人工智能等领域已取得了广泛应用。在生物学系统中研究输出跟踪问题也具有重要的理论与实际意义。此外,由于在生物系统中基因突变的现象是普遍存在的,并且时常会出现一些不可测量的误差,由于布尔网络是研究基因调控网络的有效模型,因此在生物系统中研究系统的鲁棒性是有必要的。本文将基于时滞效应和系统输出,构建时滞布尔控制网络动力学模型和概率布尔控制网络动力学模型。通过求解系统的最大控制不变子集,设计事件触发控制器以及输出反馈控制器来研究输出跟踪问题,进而给出输出跟踪问题可求解的充分必要条件。同时本文基于函数摄动的特点,研究了函数摄动对概率布尔网络模型稳定性的影响。本文的主要内容如下:(1)针对带有时滞效应的布尔控制网络模型,研究了原系统跟踪时变参考系统的问题。通过对原系统与参考系统进行研究,构建了增广系统。进一步利用矩阵分解技术,提出了有效算法寻找触发集合并且设计事件触发控制器。最后给出了带有时滞效应的布尔控制网络输出调节问题可解的充分必要条件。(2)针对带有时滞效应的布尔控制网络模型,本文进一步研究了如何设计输出反馈控制器求解系统跟踪常值参考输出信号的问题。首先,通过矩阵半张量积技术,将离散系统转化为代数形式。进一步设计了一个算法求解了给定集合的最大控制不变子集,并且基于最大控制不变子集给出了时滞布尔控制网络输出跟踪问题可解的充分必要条件。最后,设计了一个有效的算法来设计输出反馈控制器。(3)针对概率布尔控制网络的输出跟踪问题,分别考虑了系统跟踪常值参考输出信号与系统跟踪有限长度的参考输出路径两个问题。对于系统跟踪常值参考输出信号的问题,本文首先设计了一个算法求解系统的最大控制不变子集,其次给出了一个有效的算法来设计事件触发控制器,最后给出该问题可解的充分必要条件。对于系统跟踪有限长度的参考输出路径问题,本文首先给出了有效判据来找出所有能够以概率1产生参考输出路径的初始状态。其次,对于不能以概率1产生参考输出路径的状态,设计了时变状态反馈控制器使其能够以最大概率产生参考输出路径。(4)针对已经实现有限时间集合稳定的概率布尔网络模型,进一步研究了函数摄动对系统稳定性的影响。考虑到函数摄动的随机性,本文讨论了函数摄动列在稳定集合内和稳定集合外的两种情况对系统稳定性的影响。通过对这两种情况进行深入讨论,分别得到了系统在函数摄动下依然保持以概率1有限时间稳定和变成以概率1渐近集合稳定的条件。
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