通訊能力變化下的一類非線性系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制與濾波.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化控制已經(jīng)成為當(dāng)前自動(dòng)控制領(lǐng)域中重要的研究方向之一。雖然網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有節(jié)約成本，模塊化設(shè)計(jì)，資源共享，配置靈活，易于擴(kuò)展、升級(jí)和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于網(wǎng)絡(luò)的通訊能力有限，傳輸信號(hào)在基于數(shù)字通訊的信道中進(jìn)行傳輸不可避免會(huì)發(fā)生傳輸時(shí)滯、量化、丟包以及亂序等網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)缺陷，這會(huì)使網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的性能變差，甚至帶來(lái)系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究主要集中在探索有效的控制方法來(lái)克服上述網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)缺陷。而

2、實(shí)際中，這些網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)缺陷的程度是變化的，具體表現(xiàn)為信號(hào)傳輸時(shí)滯的時(shí)變性、丟包率的可變性和不確定性、量化密度的變化和主信道和冗余信道之間發(fā)生切換而帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化。這些動(dòng)態(tài)給網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的分析與綜合帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
　　本文將探討在通訊能力變化下的一類非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題以及控制與濾波問(wèn)題。其中導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通訊能力發(fā)生變化的因素被考慮為時(shí)變的信號(hào)傳輸時(shí)滯、不確定的丟包率、變化的量化密度以及冗余信道的使用而帶來(lái)的

3、信道切換。由于在現(xiàn)實(shí)中絕大多數(shù)控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)，為此本文的研究對(duì)象是非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，并通過(guò)Takagi–Sugeno(T–S)模糊模型對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行建模。論文的主要內(nèi)容及研究成果將由以下部分構(gòu)成：
　　第2章在考慮時(shí)變時(shí)滯和不可靠的通信鏈路的情況下，研究了一類離散時(shí)間T–S模糊Markov跳躍系統(tǒng)的H∞控制問(wèn)題。假設(shè)數(shù)據(jù)在被控對(duì)象與控制器之間傳輸時(shí)發(fā)生的隨機(jī)丟包現(xiàn)象滿足Bernoulli分布，并且丟包發(fā)生的概率是不確

4、定的。同時(shí)考慮丟包率的上下界不對(duì)稱于丟包率的基準(zhǔn)值。通過(guò)二項(xiàng)逼近法逼近時(shí)變時(shí)滯項(xiàng)并將閉環(huán)系統(tǒng)寫成閉環(huán)互聯(lián)的形式，運(yùn)用比例小增益定理，并采用既依賴于系統(tǒng)模態(tài)又依賴于模糊參數(shù)的Lyapunov–Krasovskii泛函，待求的模態(tài)依賴的H∞控制器存在的條件被推導(dǎo)出，使得閉環(huán)系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定并達(dá)到給定的H∞性能指標(biāo)要求。本章所提出的理論的有效性通過(guò)單連桿機(jī)械臂模型這一實(shí)際算例得到驗(yàn)證。
　　第3章解決了一類含有時(shí)變時(shí)滯的離散時(shí)間T–S模糊系

5、統(tǒng)的分布式濾波問(wèn)題。其中考慮了傳感器之間有冗余信道，且主信道與冗余信道中的數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象為相互獨(dú)立的Bernoulli隨機(jī)過(guò)程，同時(shí)也考慮了不確定丟包率這一實(shí)際現(xiàn)象。通過(guò)二項(xiàng)逼近方法處理時(shí)變時(shí)滯項(xiàng)并將分布式濾波誤差系統(tǒng)寫成閉環(huán)互聯(lián)的形式，并基于比例小增益定理，建立待求的分布式濾波器存在的充分條件，使得分布式濾波誤差系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定并達(dá)到所要求的平均H∞性能指標(biāo)。最后通過(guò)改進(jìn)的Henon系統(tǒng)這一算例證明了使用冗余信道的優(yōu)越性。
　　第4章

6、研究了帶有時(shí)變的信號(hào)傳輸時(shí)滯和量化效應(yīng)的一類T–S模糊仿射系統(tǒng)的異步H∞濾波問(wèn)題，其中所謂的異步現(xiàn)象是由系統(tǒng)狀態(tài)與濾波器狀態(tài)位于狀態(tài)空間中被劃分的不同區(qū)域而導(dǎo)致的，量化密度可以被調(diào)節(jié)以滿足不同時(shí)刻的系統(tǒng)性能需求。通過(guò)將濾波誤差系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成由兩個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成的輸入輸出形式，構(gòu)建分段Lyapunov–Krasovskii泛函，運(yùn)用比例小增益定理和S-procedure，建立待求的分段濾波器存在的充分條件，以保證閉環(huán)互聯(lián)形式的濾波誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)