基于事件触发的网络化预测控制系统设计与分析

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近年来,网络控制系统的研究引起了控制界的广泛关注,其在工业自动化、远程医疗、航天航空和军事等领域有着广泛应用。然而,由于网络的带宽有限,导致信息在传输过程中会出现传输时滞、数据丢包和数据量化等通信问题,而且信息传输时会消耗大量通信资源。为了节省网络资源同时克服传输时滞、数据丢包和量化问题给系统带来的影响,本文引入事件触发策略,开展基于事件触发机制的预测控制方法研究,使得信息只有在事件触发条件满足时才通过网络传输,从而减少通信资源的消耗。本文主要研究内容包括:  1)针对存在传输时滞的网络控制系统,研究了多速率事件触发预测控制问题。提出了基于多速率框架的事件触发时滞补偿策略,并利用输入状态稳定性理论,推导出事件触发条件,给出了具有可行性和稳定性保证的事件触发预测控制算法。为避免系统对状态测量差值的连续检测,进一步给出了自触发条件。通过数值仿真验证了事件触发预测控制算法在减少通信资源消耗和时滞补偿方面的有效性。  2)针对存在数据丢包的网络控制系统,研究了事件触发网络化预测控制问题。将事件触发机制的设计与丢包补偿问题联合考虑,基于预测控制模型,给出了事件触发传输机制下的丢包补偿策略,并通过采用ACK信号给出了拓展的事件触发传输机制;在此基础上,将事件触发网络化预测控制的闭环系统描述成切换系统形式,分析了系统的稳定性并给出了保证闭环稳定性的充分条件。仿真结果表明所提出的方法在降低网络通信资源的同时能够补偿丢包带来的负面影响。  3)针对存在量化的网络控制系统,研究了事件触发鲁棒预测控制问题。考虑到传感器-控制器通道和控制器-执行器通道同时存在量化的情况,建立了带有事件发生器的凸多面体不确定模型。在此基础上,给出了事件触发预测控制设计方法,并分析了闭环系统稳定性条件。仿真结果表明该方法有效降低了通信资源的浪费。
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