具有饱和约束的网络控制系统事件驱动控制与同步问题研究

摘要

网络控制系统因其具有安装简单,成本低廉,维护方便,可以远程操作和控制等优点,而广泛应用于工业过程控制、航空航天、交通控制和智能家居等领域.随着网络控制对象的复杂化以及对控制性能要求的不断提高,研究更为有效的网络控制理论和技术,具有重要的理论意义和应用价值.由于网络带宽资源有限,如何实现在保证系统控制性能的条件下，在控制过程中减少不必要的信号传输,从而有效利用网络资源,已经成为学者们当前研究的一个热点问题.此外,在实际系统中,传感器和执行器接收和输出信号的范围通常都会有上下界的限制,换言之,饱和是一种普遍存在的非线性现象.而饱和能严重影响系统的动态性能,甚至导致系统的不稳定.因此,对具有饱和约束的控制理论和方法进行研究,具有重要的实际意义和理论价值. 本文研究了具有饱和约束的网络控制系统的两类事件驱动问题:H∞控制和同步控制.利用李雅普诺夫函数方法、随机分析理论和线性矩阵不等式技术,得到了所研究系统的稳定性充分条件和控制器设计方法.主要研究了以下几个方面的内容： 1)研究了具有传感器饱和与执行器随机非线性的网络控制系统的事件驱动H∞控制问题.首先,建立了一种新的触发机制–带有传感器饱和约束的事件触发机制,在保证系统控制性能的前提下,起到了减少信号传输频率的作用.其次，构建了一个具有变时滞的闭环控制系统模型,实现了对事件触发机制、执行器随机非线性和传感器饱和进行联合建模描述.然后,基于李雅普诺夫函数方法和随机分析技术,以线性矩阵不等式的形式,给出了一个使得被控系统具有H∞性能的渐近稳定充分条件,基于此条件可以实现控制器和事件触发加权矩阵的联合设计. 2)研究了具有传感器与执行器饱和的网络控制系统事件驱动动态输出反馈控制问题.首先,为了节约网络带宽资源,在传感器和动态输出反馈控制器之间建立了事件触发机制,以之来判断新的采样信号是否被传输到动态输出反馈控制器.然后,把引入事件触发机制的闭环系统建模成了一个带有区间变时滞和非线性项的控制系统模型,最后,通过李雅普诺夫函数方法和线性矩阵不等式技术,得到了使控制系统具有H∞性能的渐近稳定充分条件;进一步,在上述稳定性条件的基础上,联合设计出了动态输出反馈控制器和与之相对应的事件触发参数. 3)研究了具有执行器饱和与量化的混沌神经网络事件驱动同步控制问题.首先,为了节约带宽资源,在传感器和量化器之间建立了事件触发机制,来确定新的采样信号是否需要发送给量化器.其次,建立了一个新的同步误差系统模型，该模型在一个统一的框架下对执行器饱和、量化与事件触发机制进行了联合描述.然后,利用李雅普诺夫函数方法,得到了同步误差系统渐近稳定的线性矩阵不等式形式的充分条件,并给出了所设计的状态反馈控制器增益矩阵的具体表达形式. 4)研究了具有传感器饱和与随机欺骗攻击的混沌Lur’e系统的事件驱动非脆弱同步问题.首先,为了降低信号传输频率，在传感器和控制器之间建立事件触发机制.其次,利用服从贝努力分布的随机变量和非线性函数来描述随机发生的网络攻击现象;建立了一个新的同步误差系统模型,实现了对传感器饱和、随机欺骗攻击和事件触发机制的联合描述.然后,利用李雅普诺夫函数方法和随机分析理论,给出了同步误差系统渐近稳定判据,并给出了控制器参数增益矩阵和事件触发矩阵的联合设计方法.

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