基于離散事件觸發(fā)的NCS魯棒容錯(cuò)控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Network control system，NCS)是將數(shù)據(jù)信息、通信網(wǎng)絡(luò)、反饋控制集合于一體的分布式控制系統(tǒng)。此類系統(tǒng)由于更加龐大的結(jié)構(gòu)、以及有限帶寬所衍生的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、數(shù)據(jù)包丟失等對系統(tǒng)性能的影響，使得NCS的可靠性和安全性面臨了新的挑戰(zhàn)，因而NCS容錯(cuò)設(shè)計(jì)受到了人們廣泛關(guān)注。但已有研究成果都是在周期“時(shí)間觸發(fā)”通訊機(jī)制下對系統(tǒng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)孤立進(jìn)行的，盡管其降低了分析的復(fù)雜性，但卻導(dǎo)致了系統(tǒng)計(jì)算和通訊資源的浪費(fèi)，特別

2、是在NCS網(wǎng)絡(luò)較為繁忙的情況下，還會加劇時(shí)延和丟包問題，致使系統(tǒng)性能惡化。實(shí)際工程中，傳感器到控制器或控制器到執(zhí)行器之間的數(shù)據(jù)傳輸僅應(yīng)發(fā)生在關(guān)聯(lián)信息需要被傳輸?shù)臅r(shí)刻。因此，如何在確保系統(tǒng)性能滿足并安全工作的前提下，盡可能傳輸少的采樣數(shù)據(jù)，便成為當(dāng)前NCS容錯(cuò)研究中面臨的重要問題。
　　鑒于此，本文通過引入離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制，針對具有時(shí)變時(shí)延的NCS，考慮參數(shù)不確定性和更一般的執(zhí)行器失效故障，采用狀態(tài)反饋策略，借助Lyapunov

3、穩(wěn)定性理論、改進(jìn)的Jensen不等式及LMI，引入?yún)^(qū)域極點(diǎn)下的α-穩(wěn)定、H∞及H2等多個(gè)控制目標(biāo)約束，研究了離散事件觸發(fā)不確定NCS魯棒容錯(cuò)控制問題，并給出了NCS容錯(cuò)控制器與通訊觸發(fā)參數(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)的方法。具體內(nèi)容如下:
　　1)建立基于離散事件觸發(fā)的閉環(huán)故障NCS模型
　　針對具有時(shí)變時(shí)延的NCS，考慮參數(shù)不確定性和更一般的執(zhí)行器故障情形，采用狀態(tài)反饋策略，將NCS的網(wǎng)絡(luò)屬性、故障模式及觸發(fā)條件統(tǒng)一在一起，建立了離散事件觸發(fā)

4、的閉環(huán)故障NCS模型。
　　2)離散事件觸發(fā)的不確定NCS魯棒容錯(cuò)控制研究
　　基于離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制，針對具有時(shí)變時(shí)延的NCS，考慮參數(shù)不確定性和更一般的執(zhí)行器失效故障，基于狀態(tài)反饋策略，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論、改進(jìn)的Jensen不等式等，推證出事件觸發(fā)不確定NCS的魯棒完整性、魯棒H∞容錯(cuò)、魯棒廣義H2/H∞容錯(cuò)的時(shí)滯/事件依賴的少保守性充分條件，并以求解LMIs的方式給出了容錯(cuò)控制器與觸發(fā)參數(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)的方法。

5、
　　3)離散事件觸發(fā)的不確定NCSα-穩(wěn)定魯棒滿意容錯(cuò)控制研究
　　在α-穩(wěn)定約束下，基于離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制，針對具有時(shí)變時(shí)延的NCS，考慮參數(shù)不確定性和更一般的執(zhí)行器失效故障，基于狀態(tài)反饋策略，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論、改進(jìn)的Jensen不等式等，推證出事件觸發(fā)不確定NCS具有α-穩(wěn)定魯棒容錯(cuò)、魯棒H∞容錯(cuò)、魯棒廣義H2/H∞容錯(cuò)的時(shí)滯/事件依賴的少保守性充分條件，并以求解LMIs的方式給出了容錯(cuò)控制器與觸發(fā)參數(shù)

6、協(xié)同設(shè)計(jì)的方法。
　　4)控制器設(shè)計(jì)的正確、有效性驗(yàn)證及觸發(fā)參數(shù)對通訊資源占用及系統(tǒng)性能的影響分析
　　對于上述研究結(jié)論，文中以算例進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明文中所述方法不僅能確保系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，而且可有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)通訊資源，即可在系統(tǒng)性能與通訊資源占用上進(jìn)行折中平衡，從而實(shí)現(xiàn)兼顧QoS和QoC的對NCS容錯(cuò)控制器與通訊資源占有率進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的目標(biāo)。多目標(biāo)約束條件的引入，還進(jìn)一步提高了NCS的容錯(cuò)滿意度。此外，由于文中證明過程