通訊能力變化下的一類非線性系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制與濾波.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化控制已經(jīng)成為當前自動控制領(lǐng)域中重要的研究方向之一。雖然網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有節(jié)約成本，模塊化設(shè)計，資源共享，配置靈活，易于擴展、升級和維護等諸多優(yōu)點，但由于網(wǎng)絡(luò)的通訊能力有限，傳輸信號在基于數(shù)字通訊的信道中進行傳輸不可避免會發(fā)生傳輸時滯、量化、丟包以及亂序等網(wǎng)絡(luò)誘導缺陷，這會使網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的性能變差，甚至帶來系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題。針對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究主要集中在探索有效的控制方法來克服上述網(wǎng)絡(luò)誘導缺陷。而

2、實際中，這些網(wǎng)絡(luò)誘導缺陷的程度是變化的，具體表現(xiàn)為信號傳輸時滯的時變性、丟包率的可變性和不確定性、量化密度的變化和主信道和冗余信道之間發(fā)生切換而帶來網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化。這些動態(tài)給網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的分析與綜合帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　本文將探討在通訊能力變化下的一類非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題以及控制與濾波問題。其中導致網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通訊能力發(fā)生變化的因素被考慮為時變的信號傳輸時滯、不確定的丟包率、變化的量化密度以及冗余信道的使用而帶來的

3、信道切換。由于在現(xiàn)實中絕大多數(shù)控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)，為此本文的研究對象是非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，并通過Takagi–Sugeno(T–S)模糊模型對非線性系統(tǒng)進行建模。論文的主要內(nèi)容及研究成果將由以下部分構(gòu)成：
　　第2章在考慮時變時滯和不可靠的通信鏈路的情況下，研究了一類離散時間T–S模糊Markov跳躍系統(tǒng)的H∞控制問題。假設(shè)數(shù)據(jù)在被控對象與控制器之間傳輸時發(fā)生的隨機丟包現(xiàn)象滿足Bernoulli分布，并且丟包發(fā)生的概率是不確

4、定的。同時考慮丟包率的上下界不對稱于丟包率的基準值。通過二項逼近法逼近時變時滯項并將閉環(huán)系統(tǒng)寫成閉環(huán)互聯(lián)的形式，運用比例小增益定理，并采用既依賴于系統(tǒng)模態(tài)又依賴于模糊參數(shù)的Lyapunov–Krasovskii泛函，待求的模態(tài)依賴的H∞控制器存在的條件被推導出，使得閉環(huán)系統(tǒng)隨機穩(wěn)定并達到給定的H∞性能指標要求。本章所提出的理論的有效性通過單連桿機械臂模型這一實際算例得到驗證。
　　第3章解決了一類含有時變時滯的離散時間T–S模糊系

5、統(tǒng)的分布式濾波問題。其中考慮了傳感器之間有冗余信道，且主信道與冗余信道中的數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象為相互獨立的Bernoulli隨機過程，同時也考慮了不確定丟包率這一實際現(xiàn)象。通過二項逼近方法處理時變時滯項并將分布式濾波誤差系統(tǒng)寫成閉環(huán)互聯(lián)的形式，并基于比例小增益定理，建立待求的分布式濾波器存在的充分條件，使得分布式濾波誤差系統(tǒng)隨機穩(wěn)定并達到所要求的平均H∞性能指標。最后通過改進的Henon系統(tǒng)這一算例證明了使用冗余信道的優(yōu)越性。
　　第4章

6、研究了帶有時變的信號傳輸時滯和量化效應(yīng)的一類T–S模糊仿射系統(tǒng)的異步H∞濾波問題，其中所謂的異步現(xiàn)象是由系統(tǒng)狀態(tài)與濾波器狀態(tài)位于狀態(tài)空間中被劃分的不同區(qū)域而導致的，量化密度可以被調(diào)節(jié)以滿足不同時刻的系統(tǒng)性能需求。通過將濾波誤差系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成由兩個互聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成的輸入輸出形式，構(gòu)建分段Lyapunov–Krasovskii泛函，運用比例小增益定理和S-procedure，建立待求的分段濾波器存在的充分條件，以保證閉環(huán)互聯(lián)形式的濾波誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)