復雜切換系統(tǒng)分析及其在網絡化系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、切換系統(tǒng)是一類重要的混雜系統(tǒng)，有著廣闊的物理背景和極高的應用價值。其研究成果與控制工程中的許多實際問題密切相關，如移動機器人控制、機械設備的隔振控制等。因此，切換系統(tǒng)的分析與研究具有十分重要的科學價值和應用意義。切換系統(tǒng)中連續(xù)動態(tài)與離散切換信號之間的相互作用使得切換系統(tǒng)具有非常復雜的動態(tài)行為，這為控制及相關領域提出了不少具有挑戰(zhàn)性的研究課題。另一方面，實際系統(tǒng)中存在著的非線性擾動、隨機攝動、時滯等因素與切換信號相互作用，使得對這樣一類復

2、雜切換系統(tǒng)的分析變得更加困難，大量的分析與綜合問題亟待解決。本文針對一類存在非線性擾動、隨機攝動、時滯以及參數(shù)切換的復雜切換系統(tǒng)，研究其分析與綜合問題，并進一步研究了復雜切換系統(tǒng)方法在網絡化故障檢測與濾波系統(tǒng)中的建模與分析。研究工作主要包括:
　　 1.研究了一類存在隨機量測時延的非線性隨機切換系統(tǒng)H∞濾波問題。由于隨機噪聲、時滯、非線性以及切換機制相互作用，對該類復雜切換系統(tǒng)的分析極為困難。采用隨機系統(tǒng)分析方法以及Lyapun

3、ov穩(wěn)定性理論，給出了濾波誤差系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有給定H∞性能指標的充分條件。對參數(shù)化矩陣進行約束，得到了濾波器設計方法。最后通過一個基因調控網絡的數(shù)值仿真，說明了所給結果的正確性。
　　 2.討論了一類同時存在狀態(tài)時滯和切換時滯的非線性切換系統(tǒng)異步H∞濾波問題。通過構造一個分段的Lyapunov函數(shù)以及采用平均駐留時間分析方法，得到了濾波誤差系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定且具有給定H∞性能指標的時滯依賴充分條件。同時，還建立了異步時間與系統(tǒng)性

4、能之間的定量關系。最后通過一個神經網絡的數(shù)值仿真，說明了濾波器設計方法的有效性。
　　 3.研究了一類存在量測數(shù)據丟失的非線性隨機切換系統(tǒng)H∞濾波。進一步考慮了實際系統(tǒng)可能存在的非線性擾動、隨機擾動和混合時滯等問題，比現(xiàn)有研究結果更具有一般性。特別地，對于量測數(shù)據丟失問題，還提出了一種新的補償策略。針對這樣一類復雜切換系統(tǒng)，通過采用平均駐留時間分析方法和Lyapunov穩(wěn)定性理論，給出了濾波誤差系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定以及具有H∞性能的充分

5、條件。并基于此，設計了最優(yōu)濾波器。
　　 4.針對一類存在靜態(tài)約束和狀態(tài)時滯的離散時間奇異切換系統(tǒng)，首次研究了基于平均駐留時間切換的指數(shù)H∞濾波問題。通過引入一個全新的引理以及構造一個合適的Lyapunov函數(shù)，給出了濾波誤差系統(tǒng)正則、因果以及指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。在此基礎上，給出了H∞濾波器的設計方法。最后，通過經濟系統(tǒng)中的投入產出系統(tǒng)驗證了結果的有效性。
　　 5.研究了復雜切換系統(tǒng)在模糊系統(tǒng)網絡化故障檢測中的建模與分

6、析問題。首先，討論了存在介質訪問受限和隨機丟包的模糊系統(tǒng)網絡化故障檢測問題。將網絡化故障檢測系統(tǒng)建模成具有一個隨機參數(shù)和時滯的的模糊切換系統(tǒng)，并采用復雜切換系統(tǒng)分析方法給出了故障檢測系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有給定H∞性能指標的充分條件。其次，研究了時間槽數(shù)量有限情況下的網絡化故障檢測問題，同時考慮了傳感器飽和、信號量化以及數(shù)據丟失問題更符合實際的網絡化故障檢測系統(tǒng)。將故障檢測系統(tǒng)建模成具有多個隨機變量，參數(shù)不確定項和非線性項的模糊切換系統(tǒng)，

7、給出了故障檢測系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有H∞性能指標的充分條件以及最優(yōu)檢測器的設計方法。
　　 6.采用復雜切換系統(tǒng)方法研究了能耗約束下的無線傳感器網絡H∞濾波問題。針對無線傳感器網絡的能量有限問題，提出了一種具有時變傳輸間隔的信號發(fā)送策略以降低節(jié)點的能耗，并分別研究了同時存在時變傳輸間隔協(xié)議和隨機丟包的集中式H∞濾波和分布式H∞濾波問題。將濾波誤差系統(tǒng)建模成具有多個隨機變量的隨機切換系統(tǒng)，并借鑒復雜切換系統(tǒng)分析方法，給出了濾波誤差