具有时延和丢包的切换系统的控制与滤波

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切换系统作为一类典型的混杂系统广泛应用在诸如切换的网络系统、机器人行走控制、化工过程控制、航空航天轨道控制、PWM(Pulse Width Modulation)-驱动的升压变流器、双水塔系统、飞行器控制以及交通管理等实际工程中。切换系统的重要性使得国内外学者对其的研究不断深入,尤其是关于切换系统的稳定性分析、控制器设计以及滤波器设计等方面已经取得大量的研究成果。切换系统的信息在通信网络中传输,由于网络自身的缺陷可能会出现随机时变时延、数据丢包等会影响切换系统的稳定性的因素出现。因此,在控制和滤波的过程中这些不稳定因素必须要考虑。  本论文主要针对具有时延和丢包的线性切换系统和非线性级联切换系统研究了对应的控制与滤波问题。  首先,对于一类具有时变时延和不确定参数的非线性级联切换系统研究了其稳定性问题。利用分段Lyapunov函数稳定性理论与平均驻留时间方法获得系统鲁棒指数稳定的充分条件,并分析了非线性级联切换系统L2增益的存在性问题。  其次,研究了具有时变时延切换系统的状态反馈控制器设计问题。利用Lyapunov函数和模式依赖的平均驻留时间方法得出系统指数稳定的充分条件,同时求得了系统存在外部扰动情况下的L2增益,且给出了状态反馈控制器的设计方法。  然后,研究了一类具有时变时延的网络控制系统的分布式H∞滤波器设计问题,所考虑的滤波网络具有时变拓扑结构,且满足马尔科夫跳变特性。在滤波器的设计过程中不仅考虑了系统干扰、测量误差和信道噪声等影响系统性能指标的因素,还考虑了滤波器之间信息传输过程中服从Bernouli分布的数据丢包问题,以及部分信息交换的问题。  最后,对文中提出的几种设计方法进行了仿真实现,验证了所提出的设计方法可以有效实现对具有时变时延和丢包的切换系统的控制与滤波。
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