事件觸發(fā)非均勻傳輸NCS魯棒容錯(cuò)與通訊的滿意協(xié)同設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，盡管在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCS)的容錯(cuò)控制研究領(lǐng)域已取得了不少成果，但被動(dòng)容錯(cuò)遠(yuǎn)多于主動(dòng)容錯(cuò)，時(shí)間觸發(fā)機(jī)制下孤立進(jìn)行容錯(cuò)設(shè)計(jì)的結(jié)果遠(yuǎn)多于事件觸發(fā)機(jī)制下進(jìn)行容錯(cuò)與通訊協(xié)同設(shè)計(jì)的結(jié)果。隨著NCS這一控制與通訊的集成產(chǎn)物對(duì)系統(tǒng)安全性和網(wǎng)絡(luò)資源節(jié)約性要求的日益增高，NCS容錯(cuò)控制研究領(lǐng)域仍面臨著許多新的問(wèn)題，諸如：如何實(shí)現(xiàn)NCS主動(dòng)容錯(cuò)中故障估計(jì)、故障調(diào)節(jié)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的協(xié)同設(shè)計(jì)，如何實(shí)現(xiàn)

2、具有多目標(biāo)約束的NCS魯棒被動(dòng)容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的協(xié)同設(shè)計(jì)，又如何使設(shè)計(jì)結(jié)果具有較少的保守性以更好的平衡離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制(Discrete Event-triggered Communication Scheme,DETCS)中變傳輸周期與系統(tǒng)性能間的關(guān)系等等。著眼于上述問(wèn)題，本文展開(kāi)了如下工作：
　　1)研究了具有執(zhí)行器飽和約束的不確定線性和非線性NCS的魯棒被動(dòng)容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的滿意協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題。建立了DETCS下涵蓋執(zhí)行器

3、飽和約束、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、事件觸發(fā)通訊約束的線性和T-S模糊非線性NCS的不確定閉環(huán)故障模型。將α-穩(wěn)定性的定義引申為容錯(cuò)系統(tǒng)的α-安全度，并提出了具有α-安全度的容錯(cuò)吸引域和具有α-安全度的容錯(cuò)收縮不變集的相關(guān)定義，用于處理具有執(zhí)行器飽和約束的 NCS容錯(cuò)控制問(wèn)題。基于Lyap uno v穩(wěn)定性理論和改進(jìn)的Je nse n不等式，分別推證出了具有α-安全度、α-安全度和H∞-性能、α-安全度和H∞/H2-性能的不確定閉環(huán)故障NCS的魯棒被動(dòng)

4、容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的滿意協(xié)同設(shè)計(jì)方法。
　　2)在非均勻傳輸周期下，研究了具有執(zhí)行器飽和約束的不確定線性和非線性NCS的魯棒被動(dòng)容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的滿意協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題。將DETCS下非均勻傳輸NCS的采樣器與事件發(fā)生器虛擬為一個(gè)非均勻采樣開(kāi)關(guān)，進(jìn)而基于非均勻采樣系統(tǒng)的理論來(lái)研究非均勻傳輸問(wèn)題?；谖闹刑岢龅男滦蛿?shù)據(jù)發(fā)送區(qū)間的剖分方法，建立了非均勻傳輸下帶執(zhí)行器飽和約束的線性和T-S模糊非線性NCS的不確定閉環(huán)故障模型；基于非連續(xù)的 Ly

5、apunov穩(wěn)定性理論、Wirtinger’s不等式和線性凸組合理論，分別推導(dǎo)出了具有α-安全度、α-安全度和H∞-性能、α-安全度和H∞/H2-性能的不確定閉環(huán)故障NCS的魯棒被動(dòng)容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的滿意協(xié)同設(shè)計(jì)方法。由于該方法具有更少的保守性，因此更易提高容錯(cuò)與通訊間的協(xié)同設(shè)計(jì)滿意度。
　　3)在非均勻傳輸周期下，研究了具有執(zhí)行器飽和約束的線性和非線性NCS的魯棒主動(dòng)容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間的滿意協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題。提出了將狀態(tài)、故障估計(jì)與控

6、制、調(diào)節(jié)置于智能傳感器和控制器中分布實(shí)施的系統(tǒng)架構(gòu)?；诘任锢聿蓸又芷诘臅r(shí)間觸發(fā)觀測(cè)器和虛擬變采樣周期的事件觸發(fā)控制器，建立了主動(dòng)容錯(cuò)框架下線性和T-S模糊非線性NCS的閉環(huán)故障模型?；贚yapunov穩(wěn)定性理論和線性凸組合理論，首先在等物理采樣周期下通過(guò)采用連續(xù)時(shí)間狀態(tài)觀測(cè)器提出了具有廣義H∞性能的狀態(tài)和故障估計(jì)方法；進(jìn)而又在非均勻傳輸周期下，通過(guò)采用動(dòng)態(tài)輸出反饋先后提出了閉環(huán)故障NCS分別具有α-穩(wěn)定性、α-穩(wěn)定性和廣義H∞-性能

7、，α-穩(wěn)定性和廣義H∞/H2-性能的主動(dòng)容錯(cuò)和網(wǎng)絡(luò)通訊間的滿意協(xié)同設(shè)計(jì)方法。
　　4)對(duì)1)～3)中的理論結(jié)果進(jìn)行了有效性、相容性與保守性的研究，驗(yàn)證了結(jié)果的有效性，揭示了適用于NCS容錯(cuò)與網(wǎng)絡(luò)通訊間協(xié)同設(shè)計(jì)的定性折中原則，并探尋出事件觸發(fā)參數(shù)的量化選取依據(jù)。采用經(jīng)典的算例，先驗(yàn)證了理論結(jié)果的正確性與有效性。進(jìn)而通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)，揭示出了容錯(cuò)控制與網(wǎng)絡(luò)通訊間、及不同的系統(tǒng)性能間存在著相容相斥的折中類定性關(guān)系；進(jìn)一步又深入探究了事

8、件觸發(fā)參數(shù)ó與數(shù)據(jù)發(fā)送率ns間的關(guān)系，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到了ó-ns間的定量數(shù)學(xué)表達(dá)式，為在給定網(wǎng)絡(luò)通訊資源約束下進(jìn)行NCS容錯(cuò)與通訊的協(xié)同設(shè)計(jì)提供了ó選取的量化依據(jù)。
　　5)搭建了具有執(zhí)行器飽和約束的NCS被動(dòng)容錯(cuò)及主動(dòng)容錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)文中提出的協(xié)同設(shè)計(jì)理論結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。借助于工控行業(yè)的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)（OLEfor Process Control,OPC）等通訊技術(shù)及先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，基于校園局域網(wǎng)，搭建了DETC