基于离散事件触发的NCS鲁棒容错控制研究
【摘要】网络化控制系统(Networkcontrolsystem,NCS)是将数据信息、通信网络、反馈控制集合于一体的分布式控制系统。此类系统由于更加庞大的结构、以及有限带宽所衍生的网络诱导时延、数据包丢失等对系统性能的影响,使得NCS的可靠性和安全性面临了新的挑战,因而NCS容错设计受到了人们广泛关注。但已有研究成果都是在周期“时间触发”通讯机制下对系统容错设计孤立进行的,尽管其降低了分析的复杂性,但却导致了系统计算和通讯资源的浪费,特别是在NCS网络较为繁忙的情况下,还会加剧时延和丢包问题,致使系统性能恶化。实际工程中,传感器到控制器或控制器到执行器之间的数据传输仅应发生在关联信息需要被传输的时刻。因此,如何在确保系统性能满足并安全工作的前提下,尽可能传输少的采样数据,便成为当前NCS容错研究中面临的重要问题。鉴于此,本文通过引入离散事件触发通讯机制,针对具有时变时延的NCS,考虑参数不确定性和更一般的执行器失效故障,采用状态反馈策略,借助Lyapunov稳定性理论、改进的Jensen不等式及LMI,引入区域极点下的α-稳定、H∞及H2等多个控制目标约束,研究了离散事件触发不确定NCS鲁棒容错控制问题,并给出了NCS容错控制器与通讯触发参数协同设计的方法。具体内容如下：1)建立基于离散事件触发的闭环故障NCS模型针对具有时变时延的NCS,考虑参数不确定性和更一般的执行器故障情形,采用状态反馈策略,将NCS的网络属性、故障模式及触发条件统一在一起,建立了离散事件触发的闭环故障NCS模型。2)离散事件触发的不确定NCS鲁棒容错控制研究基于离散事件触发通讯机制,针对具有时变时延的NCS,考虑参数不确定性和更一般的执行器失效故障,基于状态反馈策略,利用Lyapunov稳定性理论、改进的Jensen不等式等,推证出事件触发不确定NCS的鲁棒完整性、鲁棒∞容错、鲁棒广义H2/H∞容错的时滞／事件依赖的少保守性充分条件,并以求解LMIs的方式给出了容错控制器与触发参数协同设计的方法。3)离散事件触发的不确定NCSα-稳定鲁棒满意容错控制研究在α-稳定约束下,基于离散事件触发通讯机制,针对具有时变时延的NCS,考虑参数不确定性和更一般的执行器失效故障,基于状态反馈策略,利用Lyapunov稳定性理论、改进的Jensen不等式等,推证出事件触发不确定NCS具有α-稳定鲁棒容错、鲁棒H∞容错、鲁棒广义H2／H∞容错的时滞／事件依赖的少保守性充分条件,并以求解LMIs的方式给出了容错控制器与触发参数协同设计的方法。4)控制器设计的正确、有效性验证及触发参数对通讯资源占用及系统性能的影响分析对于上述研究结论,文中以算例进行了仿真研究,结果表明文中所述方法不仅能确保系统稳定的运行,而且可有效地节约网络通讯资源,即可在系统性能与通讯资源占用上进行折中平衡,从而实现兼顾QOS和QOC的对NCS容错控制器与通讯资源占有率进行协同设计的目标。多目标约束条件的引入,还进一步提高了NCS的容错满意度。此外,由于文中证明过程未引入自由权矩阵,而是采用改进的Jensen不等式来处理一些积分项,使得结论的保守性和计算复杂度有所降低,进而为求解高满意度的容错控制器提供更为宽泛的求解空间和设计便利。
【作者】赵莉；
【导师】李炜；
【作者基本信息】兰州理工大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】不确定网络化控制系统；离散事件触发通讯机制；鲁棒容错控制；时变时延；协同设计；
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