带随机丢包和时滞的T-S模糊系统H_∞控制

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网络控制系统(Networked control systems,NCSs)是使用通信网络将分布在不同地域的传感器、控制器和执行机构等工作单元连接在一起从而形成的空间分布式闭环控制系统。NCS凭借其组装灵活、易维护、连接方便等特点在诸多领域不断推广,但是受数据流量变化不规则和带宽因素的影响,使得信号在传输的过程中总会伴随数据丢失和时滞等随机现象。随着计算机网络引入,系统复杂度增加,并且还会面临由网络环境所带来的非线性干扰等问题,特别地,针对非线性系统,Takagi与Sugeno提出的Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型是一种很有效的方法,该模型主要将复杂非线性系统用多个分段子系统表示以无限逼近原系统。本文主要针对网络系统存在的随机问题,比如丢包、时滞等,考虑数据信息传输过程中的不确定性,如遭受外界网络攻击等,运用H_∞控制理论,基于Lyapunov稳定性理论,研究了由T-S模糊模型描述的非线性NCS的H_∞控制器设计问题。研究内容主要如下首先,考虑伴有数据信息丢失和传输时滞的系统,探讨针对以上情形的H_∞控制器设计方法。分别使用两组独立的Bernoulli随机变量表示数据丢失和时滞,运用T-S模糊理论实现非线性NCS建模,选择合适的Lyapunov泛函,提出满足控制系统均方渐近稳定的条件,再通过LMI技术求得相应控制器参数矩阵,根据仿真结果,进一步说明算法的可行性。其次,研究了控制系统存在冗余通道的情况。考虑观测数据在传输的过程中伴随着数据包丢失和传感器饱和,并利用非线性函数表示传感器饱和现象,使用T-S模糊模型无限逼近特性实现系统建模,选取适当的Lyapunov函数得到系统稳定的充分条件,最后,利用LMI得到控制器参数矩阵。最后,探讨了传感器通道和控制器通道存在数据丢包、传输时滞以及信息在传输过程中遭受网络攻击的情况。假设两个通道的数据时滞是多步的,同时使用两个非线性函数描述双通道的网络攻击现象,据此,针对T-S模糊模型建立非线性NCS模型,采用适当的Lyapunov函数,提出使系统渐近稳定判据。接着采用LMI技术完成控制器的参数求解,最后根据数据说明控制器的有效性。
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