復(fù)雜切換系統(tǒng)分析及其在網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、切換系統(tǒng)是一類重要的混雜系統(tǒng)，有著廣闊的物理背景和極高的應(yīng)用價(jià)值。其研究成果與控制工程中的許多實(shí)際問(wèn)題密切相關(guān)，如移動(dòng)機(jī)器人控制、機(jī)械設(shè)備的隔振控制等。因此，切換系統(tǒng)的分析與研究具有十分重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用意義。切換系統(tǒng)中連續(xù)動(dòng)態(tài)與離散切換信號(hào)之間的相互作用使得切換系統(tǒng)具有非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為，這為控制及相關(guān)領(lǐng)域提出了不少具有挑戰(zhàn)性的研究課題。另一方面，實(shí)際系統(tǒng)中存在著的非線性擾動(dòng)、隨機(jī)攝動(dòng)、時(shí)滯等因素與切換信號(hào)相互作用，使得對(duì)這樣一類復(fù)

2、雜切換系統(tǒng)的分析變得更加困難，大量的分析與綜合問(wèn)題亟待解決。本文針對(duì)一類存在非線性擾動(dòng)、隨機(jī)攝動(dòng)、時(shí)滯以及參數(shù)切換的復(fù)雜切換系統(tǒng)，研究其分析與綜合問(wèn)題，并進(jìn)一步研究了復(fù)雜切換系統(tǒng)方法在網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)與濾波系統(tǒng)中的建模與分析。研究工作主要包括:
　　 1.研究了一類存在隨機(jī)量測(cè)時(shí)延的非線性隨機(jī)切換系統(tǒng)H∞濾波問(wèn)題。由于隨機(jī)噪聲、時(shí)滯、非線性以及切換機(jī)制相互作用，對(duì)該類復(fù)雜切換系統(tǒng)的分析極為困難。采用隨機(jī)系統(tǒng)分析方法以及Lyapun

3、ov穩(wěn)定性理論，給出了濾波誤差系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有給定H∞性能指標(biāo)的充分條件。對(duì)參數(shù)化矩陣進(jìn)行約束，得到了濾波器設(shè)計(jì)方法。最后通過(guò)一個(gè)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值仿真，說(shuō)明了所給結(jié)果的正確性。
　　 2.討論了一類同時(shí)存在狀態(tài)時(shí)滯和切換時(shí)滯的非線性切換系統(tǒng)異步H∞濾波問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)造一個(gè)分段的Lyapunov函數(shù)以及采用平均駐留時(shí)間分析方法，得到了濾波誤差系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定且具有給定H∞性能指標(biāo)的時(shí)滯依賴充分條件。同時(shí)，還建立了異步時(shí)間與系統(tǒng)性

4、能之間的定量關(guān)系。最后通過(guò)一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值仿真，說(shuō)明了濾波器設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　 3.研究了一類存在量測(cè)數(shù)據(jù)丟失的非線性隨機(jī)切換系統(tǒng)H∞濾波。進(jìn)一步考慮了實(shí)際系統(tǒng)可能存在的非線性擾動(dòng)、隨機(jī)擾動(dòng)和混合時(shí)滯等問(wèn)題，比現(xiàn)有研究結(jié)果更具有一般性。特別地，對(duì)于量測(cè)數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，還提出了一種新的補(bǔ)償策略。針對(duì)這樣一類復(fù)雜切換系統(tǒng)，通過(guò)采用平均駐留時(shí)間分析方法和Lyapunov穩(wěn)定性理論，給出了濾波誤差系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定以及具有H∞性能的充分

5、條件。并基于此，設(shè)計(jì)了最優(yōu)濾波器。
　　 4.針對(duì)一類存在靜態(tài)約束和狀態(tài)時(shí)滯的離散時(shí)間奇異切換系統(tǒng)，首次研究了基于平均駐留時(shí)間切換的指數(shù)H∞濾波問(wèn)題。通過(guò)引入一個(gè)全新的引理以及構(gòu)造一個(gè)合適的Lyapunov函數(shù)，給出了濾波誤差系統(tǒng)正則、因果以及指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。在此基礎(chǔ)上，給出了H∞濾波器的設(shè)計(jì)方法。最后，通過(guò)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的投入產(chǎn)出系統(tǒng)驗(yàn)證了結(jié)果的有效性。
　　 5.研究了復(fù)雜切換系統(tǒng)在模糊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)中的建模與分

6、析問(wèn)題。首先，討論了存在介質(zhì)訪問(wèn)受限和隨機(jī)丟包的模糊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)問(wèn)題。將網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)系統(tǒng)建模成具有一個(gè)隨機(jī)參數(shù)和時(shí)滯的的模糊切換系統(tǒng)，并采用復(fù)雜切換系統(tǒng)分析方法給出了故障檢測(cè)系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有給定H∞性能指標(biāo)的充分條件。其次，研究了時(shí)間槽數(shù)量有限情況下的網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)問(wèn)題，同時(shí)考慮了傳感器飽和、信號(hào)量化以及數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題更符合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)化故障檢測(cè)系統(tǒng)。將故障檢測(cè)系統(tǒng)建模成具有多個(gè)隨機(jī)變量，參數(shù)不確定項(xiàng)和非線性項(xiàng)的模糊切換系統(tǒng)，

7、給出了故障檢測(cè)系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有H∞性能指標(biāo)的充分條件以及最優(yōu)檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。
　　 6.采用復(fù)雜切換系統(tǒng)方法研究了能耗約束下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)H∞濾波問(wèn)題。針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量有限問(wèn)題，提出了一種具有時(shí)變傳輸間隔的信號(hào)發(fā)送策略以降低節(jié)點(diǎn)的能耗，并分別研究了同時(shí)存在時(shí)變傳輸間隔協(xié)議和隨機(jī)丟包的集中式H∞濾波和分布式H∞濾波問(wèn)題。將濾波誤差系統(tǒng)建模成具有多個(gè)隨機(jī)變量的隨機(jī)切換系統(tǒng)，并借鑒復(fù)雜切換系統(tǒng)分析方法，給出了濾波誤差