离散事件触发通讯与NNCS鲁棒容错控制协同设计研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lbwang2009
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随着计算机和网络技术的迅速发展,网络化控制系统(NCS)的规模和复杂程度也越来越高,为保证其安全稳定运行,NCS容错控制设计逐渐受到了人们的关注和重视。迄今,关于NCS的容错控制已取得了不少研究成果,但多数是在周期时间触发通讯机制(periodic time-triggered communication scheme,PTTCS)下进行的,且被控对象线性多于非线性。然而在实际工程中,一方面非线性系统的存在更为普遍,另一方面在 PTTCS下所有的采样数据均需传输,因未同时考虑系统实际控制需求和有限网络带宽的占用,致使大量冗余数据传输造成了网络通讯资源的浪费,甚至会使系统性能更加恶化。  为充分利用网络通讯资源,提高系统的安全可靠性,本文考虑可能的执行器失效故障,将新近提出的离散事件触发通讯机制(discrete event-triggered communication scheme,DETCS)应用于具有时变时延和参数不确定性的非线性NCS(nonlinear NCS,NNCS)中,采用状态反馈控制策略,借助Lyapunov稳定性理论与少保守性技术,对不确定NNCS的鲁棒容错控制与通讯协同设计问题进行较为系统的研究,最后以LMI的形式给出容错控制器与事件触发权矩阵的协同求取方法,具体内容如下:  1)基于DETCS建立了不确定闭环故障NNCS模型  针对传统基于 PTTCS的 NCS研究中存在网络通讯资源浪费的问题,通过引入以系统行为变化为依据的通讯触发条件,将 PTTCS提升为 DETCS,然后将其融于实际更为常见的 NNCS中,进而基于T-S模糊模型,采用状态反馈控制策略,将网络属性、故障模式、控制器及通讯机制统一在了同一理论框架下,建立了DETCS下不确定闭环故障NNCS模型。  2)基于DETCS研究了不确定NNCS鲁棒容错与通讯协同设计问题  在所建立模型的基础上,通过构造适当的 Lyapunov泛函,推证出了使不确定NNCS具有鲁棒完整性、鲁棒H?容错、鲁棒H?保性能容错与鲁棒广义H2/H?容错的时滞/事件依赖充分条件,同时以LMI形式给出了控制器与事件触发权矩阵协同优化求解的方法。  3)基于DETCS研究了不确定NNCS鲁棒满意容错与通讯协同设计问题  引入了?-稳定约束条件,并与其他鲁棒容错性能结合。通过应用状态转换方法,推证出了使不确定NNCS具有?-稳定的鲁棒容错、鲁棒H?容错、鲁棒H?保性能容错、鲁棒广义H2/H?容错性能的时滞/事件共同依赖的充分条件,进而也给出了NNCS具有?-稳定性的各类鲁棒容错控制器和网络通讯的协同设计方法。  4)理论结果的实验研究  采用典型算例,对文中所得理论结果进行了仿真研究,结果表明采用本文所述方法协同设计的容错控制器与事件触发权矩阵,不仅能使NNCS具有相应鲁棒容错性能,而且可有效节约网络通讯资源。另外随着触发参数?的增加,虽可更多地节约网络资源,却会降低系统的性能,因此实际应用时,?的选择应考虑系统性能与网络资源节约的折衷平衡。
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