在多率采样下连续系统的网络化控制

发布时间：2020-05-08 11:28

【摘要】：近二十年,随着计算机科学和网络技术的高速发展,网络化控制系统受到越来越多的关注.不同于点对点的传统控制系统,网络化控制系统的一些系统节点(传感器、控制器或者执行器)之间通过网络代替物理介质传递信息,其具有许多优势,例如节省了导线,降低了成本,同时又便于安装和维护.目前为止,在控制理论和工程应用中,关于单率采样系统的网络化控制已经有大量研究成果,其中单率采样指传感器同步采样所有的量测变量.然而,在实际应用中,单率采样有时是高成本甚至是不现实的.因此,将不同类型的量测变量分成多组,并以不同的采样频率对其进行采样是一种自然的选择,这类包含多个采样频率的系统称为多率采样系统.本文从多个角度,提出若干新的控制方法,来研究连续时间多率采样系统的网络化控制问题.其主要内容由以下四部分组成:(1)第二章研究理想网络环境下一类线性双率采样系统的时间滞后控制问题.不同于传统观点,将时滞看作系统稳定性的消极因素,本章考虑时滞的积极作用.为此,首先给出一个新颖的分离定理来确定乘积矩阵的Schur性质,并用于获得较低保守性的脉冲切换系统的稳定性判据.然后,单率采样系统和双率采样系统分别建模为不同的带固定切换率的脉冲切换系统.进一步,利用分离定理和环-泛函方法,以线性矩阵不等式给出单率和双率采样系统时间滞后控制的稳定性判据.最后,利用两个经典的数值例子证明稳定条件的有效性并验证所提方法的优势.(2)第三章研究一类非线性多率采样系统的基于观测器的网络化控制.考虑量测变量被多率采样并通过非理想网络传输到控制器端,提出一个匹配机制来计算多率观测器和量测信号之间的同步估计误差.然后,该多率观测器利用该误差实时估计对象状态.基于估计状态,设计一个状态反馈控制器用于控制对象.不同于离散时间建模方法,把最终的闭环系统建模为带多个输入时滞的连续时间系统.受Wirtinger不等式启发,构造一个新的储能函数来分析带时变网络诱导时滞的闭环系统稳定性.利用线性矩阵不等式给出H∞性能分析和控制器设计的充分条件.最后,利用两个实例说明所提方法的有效性.(3)第四章研究网络化非线性多率采样系统的模糊动态输出反馈控制问题.由于多率采样和非理想网络的传输,传统的平行分布补偿技术不能用于控制器设计,本章考虑一个带有非平行分布补偿技术的模糊动态输出反馈控制器,其中对象和控制器的不匹配隶属函数偏差通过其误差上界界定.把最终的闭环系统建模为带两个摄动项的摄动系统,其中这两个摄动项来源于多率采样和不匹配隶属函数.为了分析该系统的稳定性,首先提出一个新颖的积分不等式来刻画和区分由采样-保持设备和网络传输引起的两类时滞.利用该不等式并构造一个新的储能函数,给出该摄动系统的稳定性判据和控制器设计方法.最后,通过三个实例验证所提结论的有效性和所具有的优势.(4)第五章研究一类网络化非线性多率采样系统的状态反馈控制,不同于第三、四章未考虑数据丢包的分布特征,本章假设丢包服从一个Bernoulli过程.首先将最终的闭环系统建模为带一个摄动项的摄动系统,其中该摄动项用来刻画多率采样对名义系统的影响.为此,分别考虑网络协议不带有重传机制和带有重传机制这两种情形,并给出多个新的积分不等式.这些不等式包含丢包率、采样周期和网络诱导时滞的信息.然后,基于这些不等式,以线性矩阵不等式形式给出最终闭环系统的稳定判据,并提出一个新的迭代算法用于控制器设计.最后,通过一个例子验证所提方法的有效性.
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O231

【参考文献】