具有执行器饱和的动态系统事件触发控制研究

摘要

在实际系统中，执行器元件直接作用于被控对象，是系统中不可或缺的部分。由于受到物理限制，执行器元件的输出往往是有界的，通常可以用饱和非线性描述这一物理现象。饱和往往会导致系统性能的下降，甚至引起系统不稳定。
　　目前，网络化控制系统面临的一大挑战就是资源节约问题。事件触发机制是降低网络负荷、节约传输资源的一种实用手段。其主要思想是信号的传输不是周期性的，而是当系统变量达到一定的限制条件时才进行数据传输，从而降低对传输信道的占用。
　　本文是针对执行器饱和这一现象，本着节约传输资源的目的，采用不同控制方法，研究一般线性系统和马尔科夫跳变系统具有执行器饱和时，通过事件触发传输策略来实现系统镇定。
　　首先，对于状态完全可测的系统，给出用事件触发机制下的状态反馈控制处理饱和的充分条件，对比传统的时间触发控制，大大降低了触发次数，节约了通信资源，随后给出相应的优化算法估计吸引域。此外，本文引入的事件触发条件充分利用到了执行器饱和特性，进一步减少了事件触发次数。
　　其次，对于状态不完全可测时的情况，无法通过状态反馈实现系统镇定。为此，结合事件触发机制，设计了动态输出反馈控制器。在触发条件中引入指数项，避免Zeno现象的发生。同时，利用极点配置方法解决了控制器增益过大的问题。
　　再次，利用静态抗饱和补偿的方法，研究了事件触发机制下饱和非线性的处理，比较了有抗饱和补偿器和无抗饱和补偿器时的结果。在得到更大吸引域的同时，将静态抗饱和补偿增益作为一个自由变量，提出一种迭代求解算法，实现了对它的设计。
　　随后，运用动态抗饱和补偿器，给出了事件触发机制下镇定系统的充分条件。由于多个非线性耦合项的存在，本章中用投影定理将判断条件进行了转化。虽然分析相对复杂，但动态抗饱和补偿器能够提供更多自由度，得到比静态抗饱和补偿器更大的吸引域。
　　最后，许多实际系统可以建模为Markov跳变系统，对于该类系统最关键的影响因素—转移概率，通常情况下，假设转移矩阵中的元素是全部已知的，但实际往往是部分未知的。对于两种情况，分别给出了系统具有执行器饱和时，通过事件触发机制来镇定系统的充分条件。

目录

声明

符号表

第1章 绪论

1.1 课题介绍

1.2 事件触发机制下饱和非线性的研究

1.3 预备知识

1.4 论文结构与内容安排

第2章 具有执行器饱和的事件触发状态反馈控制

2.1 基本模型与问题描述

2.2 闭环系统稳定性判据

2.3 最小触发时间间隔

2.4 吸引域的估计

2.5 仿真算例

2.6 本章小结

第3章具有执行器饱和的事件触发动态输出反馈控制

3.1 系统模型

3.2 稳定性条件与控制器设计

3.3 Zeno现象的避免

3.4 吸引域估计算法

3.5 仿真算例

3.6 本章小结

第4章 事件触发策略下的静态抗饱和补偿器设计

4.1 问题描述

4.2 抗积分补偿器设计

4.3 吸引域的估计

4.4 仿真算例

4.5 本章小结

第5章 事件触发策略下的动态抗饱和补偿器设计

5.1 引入动态抗饱和补偿器的系统

5.2 主要结果

5.3 最小触发时间间隔

5.4 吸引域估计算法

5.5 仿真算例

5.6 本章小结

第6章具有执行器饱和的Markov跳变系统事件触发控制

6.1 基本模型

6.2 转移概率完全已知时的结果

6.3 转移概率部分未知时的结果

6.4 本章小结

第7章总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢