含可变量化密度的一类网络化控制系统的分析与综合

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随着网络技术的快速发展,网络化控制系统作为集自动控制技术、计算机技术、通讯技术于一体的反馈控制系统有着广阔的应用前景,并成为学术界和工业界研究的热点之一。网络的引入一方面使网络化控制系统突破了传统控制系统在性能与功能上的诸多局限,另一方面也给网络化控制系统的稳定性分析、系统性能分析和系统的设计与综合带来诸多困难。在实际的网络化控制系统中,控制输入通道和测量输出通道的信号在传输前均被量化,且受复杂网络环境的影响,网络的承载能力会随当前网络状态的变化而变化。在实际网络传输能力变化的情况下,本文综合考虑了系统性能和传输数据量两方面因素,对含可变量化密度的一类网络化控制系统的量化问题进行了深入研究。第2章在存在输入干扰的情况下,解决了一类控制输入通道和测量输出通道均存在信号量化现象的网络化控制系统的稳定性分析、H性能分析和H控制器设计问题。采用两组不同的对数量化器分别对系统的测量输出信号和控制器的输出信号进行量化,且量化器的量化密度都是可变的。考虑了两组对数量化器的量化密度分别在两个有限集中取值且其变化受一个Markov链支配的情况。利用系统模态和量化误差均依赖的Lyapunov函数并结合凸组合的方法,设计得到一组模态依赖的H控制器使闭环系统随机稳定,并在系统受到外界干扰时能保证其满足给定的H性能指标。第3章研究了在系统的状态向量不完全可测情况下的一类网络化控制系统的输出反馈控制问题。考虑了系统的控制输入通道和测量输出通道的两组对数量化器的量化密度都是可变的,且可变量化密度分别在两个有限集中取值并服从一个Semi-Markov过程的情况。通过构造一个双通道量化误差依赖和系统模态依赖的Lyapunov函数,利用半马核的方法对含可变量化密度的闭环Semi-Markov系统进行建模,在所有模态的驻留时间上界都存在的条件下,得到了闭环系统满足σ-误差均方稳定性的充分条件。利用锥补线性化算法解决非凸问题,并设计得到一组系统模态依赖的输出反馈控制器保证了闭环系统的σ-误差均方稳定。第4章在量化密度固定和量化密度可连续变化两种情况下,分别对一类网络化控制系统的H控制问题进行了研究。考虑了系统是多输入多输出系统,且控制输入通道和测量输出通道中信号的每个分量分别被不同的子对数量化器量化的一般问题。4.1节在量化密度固定不变的情况下,基于凸组合的方法得到了保证系统稳定性和H性能的充分条件,并完成了基于模型的H状态反馈控制器的设计。4.2节考虑了量化密度可变且可以连续变化的情况,基于自适应动态规划的方法得到不依赖于系统模型的H最优控制器的设计算法。通过优化控制策略来最小化从输入干扰到系统输出的l2增益,并且在任意输入干扰的情况下使系统稳定并满足给定的H性能。通过定义一个同结构的二次型函数来逼近系统的H性能指标函数,使得在系统参数矩阵未知的情况下,利用系统的数据信息,计算得到二次型函数的矩阵和H控制器的增益矩阵,实现系统的无模型控制。
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