基于随机切换的网络控制系统分析与控制

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近年来,网络控制系统由于有着重要的理论研究价值和工程实践背景而受到关注本文针对受时延、数据包丢失、以及网络资源约束影响的网络控制系统,结合不确定系统、通信序列概念、切换系统、鲁棒控制和Markov跳变理论,针对不同特点的网络控制系统进行建模、分析及设计。本文完成的主要内容如下:首先,针对受不确定短时延和数据丢包影响的一类非线性网络控制系统,根据其丢包情况将其建模成离散切换系统,且子系统间切换规则满足转移概率已知的Markov链,并结合Markov链的遍历性等相关性质给出切换频度的范围,进而基于平均驻留时间方法,证明在状态反馈控制下系统均方指数稳定且满足H∞性能指标。其次,针对具有通信约束的网络控制系统,分别采用公共Lyapunov函数和Lyapunov-Krasovskii函数研究有限执行器和传感器随机接入网络情况下系统的稳定性及模态相关控制器的设计方法。基于短时延和执行器随机分配的网络控制系统,将系统建模成一个以一定概率切换的切换系统,并考虑其分配概率的不确定性,给出了闭环系统随机稳定的充分条件以及控制器的设计方法。进一步考虑系统丢包情况,将丢包和有限传感器分配过程分别建模成Bernoulli分布和Markov过程,结合跳变线性系统理论、通信序列概念、拉直算子以及克罗内克乘积引理,研究基于丢包、时延和传感器随机分配的网络控制系统的稳定性问题,并以LMIs形式给出控制器的设计方法。最后,针对受丢包和量化影响的一类非线性网络控制系统,研究基于观测器的H∞控制问题。考虑在数据丢包和量化作用的综合影响下,用Bernoulli分布描述系统丢包,量化精度被表示为基于网络负载变化的函数,其中网络负载情况采用状态转移概率部分未知的Markov链来描述,Markov状态随网络负载的变化而发生转移。然后基于该模型,结合跳变线性系统理论,证明闭环系统随机稳定且满足H∞扰动衰减指标,并以LMIs形式给出基于观测器的控制器设计方案。
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