基于T-S模糊非线性网络系统的H∞控制、滤波和故障诊断

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随着通信技术和计算机技术的快速发展,网络控制系统(Network Control Systems,简称NCSs)由于具有低成本、低功耗、高灵活性等优点,已经引起国内外学者极大的关注。然而,因为通讯网络具有有限的通信能力,网络不可避免的产生时变时滞、数据包丢失、信号量化以及测量丢失等现象,这些现象势必会影响NCSs的性能。此外,为了减少不必要的数据包发送,提高有限网络带宽的利用率,事件触发机制应运而生。在实际的模型中,大部分物理对象都具有非线性的特点,因此通过利用T-S模糊模型可以将非线性系统转换为方便分析的线性系统。综上所述,在T-S模糊模型下研究非线性NCSs的控制器以及滤波器的设计是十分有必要的。在工业控制系统中,系统运行时很容易产生故障,这会使系统的性能不稳定甚至导致不可预知的后果。因此,由于对高安全性、高性能以及可靠标准的需要,故障诊断问题得到了广泛的研究。  首先,研究了一类基于T-S模糊模型的具有随机多时变时滞、连续丢包和测量丢失的非线性NCSs的H∞滤波问题。利用Lyapunov稳定性理论、随机系统理论和线性矩阵不等式方法(LMI),获得了使滤波误差系统在均方意义下随机稳定并满足H∞性能指标的充分条件,以及H∞滤波器的设计方法。  然后,研究了具有不确定性、常时延以及事件触发通讯机制的非线性系统的H∞控制问题。事件触发机制用来决定当前的采样信号是否被传输。依据Lyapunov稳定理论和LMI处理方法,获得了使闭环控制系统渐近稳定,并满足给定H∞性能指标的充分条件,以及H∞控制器设计的方法。  最后,研究了包含有量化特征和事件触发机制的故障诊断滤波问题。对数量化器用来对测量输出进行信号量化,同时考虑了时变时延与丢包对残差模型的影响。然后建立了包含量化和事件触发条件的残差系统模型,通过利用Lyapunov稳定理论和LMI处理方法,获得残差系统均方渐近稳定并满足H∞性能指标的充分条件,以及故障诊断滤波器的设计方法。
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