基于事件触发机制的切换线性系统鲁棒控制研究

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切换系统是由有限个子系统(或模态)及决定子系统工作顺序的切换信号所构成的一类重要的混杂系统。由于很多实际物理系统都以切换系统进行描述,这类系统具有广泛的应用背景。此外,对于切换系统的理论研究,几十年来其稳定性问题一直都是控制系统领域的热点,目前己经有了相当多的研究成果。另一方面,在采样控制系统中,有限的通信资源和愈加复杂的控制任务之间的矛盾日益凸显。对此,相对于传统的时间触发机制(周期采样),一种新的依赖于系统性能需求的触发机制即“事件触发机制”被提出。由于事件触发机制能在保证系统理想控制性能的同时,在一定程度上降低控制器和传感器之间的通信频率,进而可更合理地配置控制系统资源。因此,事件触发机制得到了学术界和工程界的广泛关注。到目前为止,事件触发机制己被应用到多智能体系统、网络控制系统和随机系统等多类系统中,并得到了很多有价值的研究结果。然而,自动控制技术领域对切换系统的事件触发控制问题还未给予足够关注。为此,本文将事件触发机制引入到切换线性系统,同时考虑广泛存在于系统中的时滞、扰动和不确定性等实际影响因素,研究切换线性系统的事件触发鲁棒控制问题。首先,本文对单连续型事件触发机制和多连续型事件触发机制进行了研究,此部分研究内容奠定了全文的理论和方法基础。其次,由于实际系统对连续型触发机制的触发条件监测常存在一定困难,本文对自触发机制及其控制问题进行了研究。进一步,考虑到当系统含有扰动和时滞等因素影响时,若采用连续型触发机制易出现Zeno频繁采样和通信现象。对此,本文继续对多离散型事件触发机制及其控制问题进行了深入地研究。另外,由于采用切换型多事件触发机制结构,子系统、事件触发机制和子控制器三者间的工作顺序在实际中不易实现准确同步。本文还对基于多离散型事件触发机制的切换系统异步鲁棒控制问题进行了研究。在具体研究内容的安排上,对于事件触发切换系统,本文采用全状态反馈控制器进行控制设计。对于稳定性分析方法,采用了多李雅普诺夫函数框架、基于系统状态的切换律与平均驻留时间切换律等。特别地,本文还对切换和触发两类信号对系统性能分析的影响进行了全面地阐释;同时,两类信号对Zeno现象分析的影响也进行了深入地讨论;对网络切换系统中传输时滞和采样周期的关系进行了研究;对子系统、事件触发机制和子控制器间三者异步控制问题进行了探究;并将指数衰减形式和扰动相关参数引入到事件触发机制设计,进一步降低了触发频率。最后,本文对所提出的诸理论方法都通过数值仿真进行了有效性验证。
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