基于量化状态的事件触发控制研究

摘要

近些年，基于事件触发机制的网络化控制受到了关注与重视，并取得了很大的进展和广泛的应用。网络化控制方法与传统控制方法相比，能够避免点对点的连线模式，从而降低成本，并简化了系统的维护，具备很大的优势。事件触发机制以非均匀采样方式，成功避免了固定周期采样方式可能造成的不必要采样和控制器更新问题，因此，可以减少不必要的系统资源浪费。由于多种设备之间的大量信息传递，给网络传输带来了巨大压力，很容易造成网络阻塞现象，从而影响信号的实时性。因此，对系统的状态信号进行量化处理的优势就凸显出来了，这不但可以提高网络的利用率，减少传输信号量，而且有利于降低成本。然而，信号量化是有损量化并会引入量化误差;事件触发机制也会带来误差，再加上系统噪声干扰造成的不稳定性因素将对系统的稳定性和性能产生不利影响。因此，对基于量化状态的事件触发控制的研究，给出新方法和新策略，在理论上和实践中都具有很重要的意义和价值。 在本文中，首先针对不同反馈方式的线性时不变系统，分别研究了基于状态反馈和输出反馈量化状态的事件触发控制系统的稳定性，并且协同设计了事件触发条件和控制器。最后，通过仿真实例验证了该设计方法的有效性及适用性。 接着，针对状态是不可测或者无法测得理想状态的系统，在基于量化状态的事件触发控制的基础上，引入状态观测器来估计系统的状态，研究了观测误差和量化误差对系统稳定性的影响;并用一系列线性矩阵不等式导出了控制器和事件触发条件存在的一个充分条件，还给出了协同设计事件触发条件和控制器的方法。 最后，由于系统噪声有时候在实际控制系统中也是无法避免的，这种随机噪声可能会导致之前所设计的事件触发控制策略无法满足性能要求。对于带有有界系统噪声的线性时不变系统，研究了基于事件触发通信量化器的鲁棒H∞控制问题。利用鲁棒H∞控制理论和线性矩阵不等式技术分析，给出了保证给定的鲁棒干扰抑制水平情况下的一个充分条件，得到了渐近稳定性分析的新判据和控制器设计方法;并协同设计了事件触发条件和H∞控制器。此外，还给出了事件触发间隔时间的正下界，并且证实该控制方法可以自然地避免存在芝诺行为。