NCS動穩(wěn)雙約束通訊與魯棒容錯控制協(xié)同設計研究.pdf

1、隨著控制、通訊技術的發(fā)展與融合，網絡化控制系統(tǒng)(networked control system,NCS)應用領域越來越廣泛，在現代工業(yè)工程中所扮演的角色也越來越重要。由于 NCS較傳統(tǒng)系統(tǒng)的分布性與龐雜度更為突出，故障發(fā)生的機率也更大，因此對 NCS進行容錯控制設計以提高其可靠性與安全性就顯得尤為重要。然而迄今對 NCS的容錯控制研究多是在傳統(tǒng)的周期時間觸發(fā)通訊機制(periodic time-triggered communicat

2、ion scheme,PTTCS)下進行的，這就導致了 NCS這一控制與通信集成的產物，在分析與綜合時二者卻是割裂的。此外 PTTCS下大量冗余數據的傳輸，還會加劇網絡擁塞，特別是對于無線通訊傳感器而言，傳輸數據所消耗的能量要遠大于執(zhí)行計算指令所消耗的能量，冗余數據的過分傳輸甚至會使傳感器能量耗盡而無法工作。為解決冗余數據傳輸問題，學者們提出了多種事件觸發(fā)通訊機制，但這些通訊機制均會使系統(tǒng)性能在一定程度上惡化。
　　基于此，本文分

3、析了現有事件觸發(fā)通訊機制的不足，進而提出了一種新的動穩(wěn)過程協(xié)調約束的離散事件觸發(fā)通訊機制(transient and steady-state discrete event-triggered communication scheme,TS-DETCS)，并在該通訊機制下同時考慮網絡屬性、內外不確定性以及執(zhí)行器故障，采用狀態(tài)反饋控制策略，研究了TS-DETCS下NCS容錯控制與通訊協(xié)同設計問題。論文的主要工作包括：
　　1)提出了

4、新的TS-DETCS，并在該通訊機制下建立了不確定閉環(huán)故障NCS模型
　　在深入分析現有幾種典型離散事件觸發(fā)通訊機制中觸發(fā)條件對 NCS性能的負面影響的基礎上，進而提出了一種新的TS-DETCS，然后將網絡屬性、故障模式、控制器及通訊機制集成在同一理論框架內，采用狀態(tài)反饋控制策略，建立了TS-DETCS下不確定閉環(huán)故障NCS模型。
　　2)基于TS-DETCS，研究了NCS魯棒容錯控制與通訊協(xié)同設計問題
　　基于所建立

5、的模型，借助Lyapunov穩(wěn)定性理論與改進的Jensen不等式等技術，經推證給出了TS-DETCS下NCS魯棒完整性、H∞容錯、廣義H2/H∞容錯與通訊的協(xié)同設計方法，并用仿真算例驗證了所有結果的正確性與有效性。最后還將TS-DETCS與典型的DETCS進行了對比分析，結果表明TS-DETCS在確保系統(tǒng)性能的同時具有更小的數據發(fā)送量，凸顯出TS-DETCS能更好平衡控制與通訊需求的優(yōu)勢。
　　3)基于TS-DETCS，研究了NC

6、S少保守性魯棒容錯控制與通訊協(xié)同設計問題
　　針對多目標性能約束的引入導致控制器保守性增大、可行解范圍減小的問題，從時滯系統(tǒng)減少保守性的方法入手，重新構造了新的Lyapunov泛函，借助具有更緊積分界的改進Wirtinger不等式與改進互反凸組合引理等技術，經推證給出了TS-DETCS下NCS少保守性魯棒完整性、H∞容錯、廣義H2/H∞容錯與通訊的協(xié)同設計方法，并用仿真算例驗證了結果的正確性和有效性。最后將新方法與其他方法進行了對

7、比研究，結果表明新方法具有更小的保守性，更易使NCS獲得滿意的控制與通訊性能。
　　4)基于非均勻采樣系統(tǒng)理論，研究了TS-DETCS下NCS容錯控制與通訊的協(xié)同設計問題
　　針對 TS-DETCS下的不確定NCS，將具有事件發(fā)生器功能的智能傳感器視為一個虛擬的非均勻采樣器，從而使TS-DETCS下的NCS演變?yōu)橐活惙蔷鶆虿蓸又芷贜CS。然后考慮時變的非均勻采樣周期hk，構建了新的Lyapunov泛函，借助于Lyapunov