不确定非线性系统的自适应事件触发输出反馈镇定

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非线性和不确定性广泛存在,严重影响反馈控制的可行性和精度,有效抑制或消除其对系统的不良影响是亟待研究和解决的挑战性问题.随着计算机技术、网络通信技术和控制技术的发展,网络化控制系统越来越普及.然而,由于各组件的计算、存储能力以及网络带宽有限,亟需发展有效策略在确保系统性能的前提下,尽可能地降低对通讯/计算/存储等资源的占用.在事件触发控制中,采样/执行是由与系统行为有关的事件决定的,不仅避免了不必要的资源消耗,还能够及时响应系统行为的变化,因而比传统采样控制具有更强的反馈能力.然而,事件触发机制带来的不连续性以及采样/执行误差的影响会导致系统性能分析更加复杂甚至会导致系统性能退化.近年来,不确定非线性系统的事件触发控制已成为控制理论界一个热点课题,具有重要的理论意义和潜在的实际价值.本文针对不确定非线性系统,结合自适应技术,发展强有力的事件触发控制,不仅能够应对系统非线性、不确定性和采样/执行误差的影响,而且能够降低采样/执行率,进而实现高可靠高能效的控制目标,为不确定非线性系统自适应事件触发控制提供理论支撑.特别地,基于funnel方法的事件触发控制策略不仅确保系统基本的有界性和收敛性等稳态性能,而且确保预设收敛速度,为预设性能事件触发控制提供新思路.本文的主要内容分为如下五个方面:一、具时变阈值的自适应事件触发输出反馈镇定控制研究不确定非线性系统基于时变阈值事件触发机制的自适应事件触发输出反馈镇定问题.与以往研究对象的不同在于所考虑的系统容许大范围不确定性(大小未知)与不可测状态耦合共存,并且要实现全局镇定的控制目标.这使得补偿机制的构建和Zeno现象的排除更加困难.为此,通过融合基于高增益的自适应补偿技术和时变阈值事件触发机制,建立自适应事件触发输出反馈控制策略,以确保系统状态收敛到零同时降低执行率.特别地,严格正的且逐渐衰减到零的时变阈值是排除Zeno现象并实现收敛性控制目标的关键.二、自适应动态事件触发输出反馈镇定研究具有不可测状态依赖增长且增长率为输出的未知多项式非线性系统的动态事件触发输出反馈镇定问题.与以往研究方法的不同在于,需要将事件触发机制与非线性状态观测器、系统未知性的动态补偿以及本质非线性的抵御技术巧妙融合.注意到动态事件触发机制在降低采样/执行率方面的潜在优势,引入逐渐衰减到零的动态信号构建动态事件触发机制.进而,将补偿机制与动态事件触发机制有机融合设计的动态事件触发输出反馈控制确保闭环系统状态的全局有界性和收敛性,并且进一步降低采样/执行率.三、增长率为输出的未知多项式非线性系统自适应事件触发输出反馈控制研究不确定非线性系统的基于在线调节阈值和驻留时间事件触发机制的自适应输出反馈镇定问题.时变阈值和动态阈值事件触发机制仅能排除Zeno现象,而非无穷快的采样/执行.因此,将针对容许与不可测状态耦合的大范围不确定性的本质非线性系统,设计新型事件触发机制分别评估动态增益和控制器信号的行为.关于控制器信号的事件在每次执行之后都会强制驻留一段时间,以确保内执行区间的正下界.此外,事件触发机制中的驻留时间和阈值根据动态增益在线调节,从而确保及时的执行以及自适应补偿的有效性.通过融合事件触发机制和不确定非线性的补偿,设计的自适应事件触发输出反馈控制确保系统状态收敛到零,同时避免过快执行.最后,在更高效资源节省和干扰容忍两个方面对自适应事件触发输出反馈控制进行拓展.四、自适应事件保持输出反馈镇定研究不确定非线性系统的自适应事件保持输出反馈镇定问题.在传统事件触发机制中,一旦满足触发条件,则立即进行信息传输和控制更新.但有时即使该条件成立,系统仍然在可接受的范围内演化,不必进行采样/执行.与传统事件触发机制显著不同,这里引入用于记录事件累积时间的时间变量,设计新型的事件保持触发机制.仅当该时间变量达到预先设定的值时才进行控制更新,从而能够进一步扩大内执行区间,此外,引入动态高增益以补偿系统中的大范围不确定性,进而将补偿机制与事件保持触发机制相融合,所设计的事件保持输出反馈控制能够确保系统状态收敛到零,并进一步降低采样/执行率.五、具预设收敛速度的自适应事件触发输出反馈镇定研究不确定非线性系统具有预设收敛速度的自适应事件触发输出反馈镇定问题.与已有结果不同,所研究的系统容许完全未知非线性,因而不能提供任何可用于反馈的信息,这使得现有方法失效.鉴于此,基于funnel方法引入一组与时间和可量测系统状态有关的增益,不仅处理完全未知非线性和执行误差,而且确保预设收敛速度.进而给出阈值和驻留时间根据增益在线调节的事件触发机制,从而确保内执行区间的正下界以及及时的控制执行.由此,所设计的事件触发输出反馈控制确保系统状态以预设速度收敛到零.
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