分布式网络化系统的稀疏容错控制器设计

来源 :山西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:betteryear2009
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网络化控制系统(Networked Control Systems,即NCSs)是通过共享网络将被控对象、控制器、传感器以及执行器连接起来的闭环系统。其系统结构庞大又复杂,且各部件发生故障的可能性非常大。如果系统的执行器、传感器或其他元部件发生故障,常规的反馈控制可能会使系统性能下降甚至造成整个系统崩溃。所以,在故障发生的情况下,设计使系统依然保持稳定运行的控制方法非常有必要。近些年来,由于现代控制工作的需求,基于网络的大规模互联系统的分布式控制问题也得到了广泛的关注。在分布式网络化控制系统中,各子系统通过控制器之间的关联通道传递其状态信息,所传递的信息决定着整个系统的收敛性及稳定性等特性。但在目前的研究中,很少有考虑关联通道失效的问题,且系统存在大量的执行器与传感器,其发生故障的情况不可避免。所以,对分布式网络化系统的容错控制研究具有重要意义。本文的主要工作内容如下:(1)针对事件触发网络化控制系统,对系统故障执行器的数目进行约束,其创新之处在于将系统故障执行器数目的约束转化为对控制器增益矩阵行的势约束,利用混合整数方法解决这类稀疏约束问题,该方法利用一个0-1变量为控制器增益矩阵增加适当的约束条件,使得矩阵中某一行元素绝对值的最大值为零,从而确保此行为全零行,矩阵中全零行的个数即为系统故障执行器的个数。在此基础上,结合Lyapunov泛函以及矩阵变换,得出系统在有限个执行器失效情况下呈H?指数渐近稳定的充分条件以及具有行稀疏约束的控制器设计方法。最后,通过两个仿真实例验证所提控制方法的有效性。(2)针对分布式网络化控制系统,对系统当中故障传感器的数目进行约束,其创新之处在于将系统故障传感器数目的约束转化为对分布式控制器增益矩阵列的势约束,通过混合整数方法解决这类带有稀疏约束的容错控制问题。结合Lyapunov泛函以及线性矩阵不等式方法,得出使系统满足H?渐近稳定的充分条件以及具有列稀疏约束的分布式控制器增益矩阵的求解方法。最后,通过一个数值实例验证所提控制方法的有效性。(3)针对带有事件触发信息传输机制的分布式网络化控制系统,对系统故障关联通道的数目进行约束,其创新之处在于将系统故障关联通道数目的约束转化为对关联矩阵中零块矩阵个数的约束,同样利用混合整数方法解决这类稀疏约束问题。再结合Lyapunov泛函以及矩阵变换,得出使系统满足H?渐近稳定的充分条件以及具有稀疏关联通道故障的分布式控制器增益矩阵的求解方法。最后,通过两个仿真实例验证所提控制方法的有效性。
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