不确定非线性切换系统鲁棒容错H∞控制与仿真

为了克服外部扰动与执行器失效对切换系统的不良影响,使系统具有可靠性和抗干扰性,针对一类不确定非线性切换系统,研究了鲁棒容错H∞控制器设计与切换问题.假设系统中存在外部扰动,并且所有的矩阵同时带有未知、时变和范数有界的不确定性.当有执行器失效,并使得每个子系统均不能镇定的情况下,利用线性矩阵不等式技术和多李亚普诺夫函数法设计γ次优鲁棒H∞反馈容错控制器和切换策略,保证切换系统能全局二次稳定并且满足日∞性能指标,对得到的γ次优鲁棒H∞容错控制器进行优化,通过变量替换法获得了γ最优鲁棒H∞容错控制器.仿真结果表明,在执行器正常工作和一些执行器发生失效时,容错控制器和切换策略是有效的.     

不确定多智能体互联动态系统分布式鲁棒H∞协同控制

研究一类具有时延和切换拓扑的不确定多智能体互联系统的分布式协同控制问题,提出一类分布式鲁棒H∞协同控制器.该控制器能够在满足期望的H∞性能指标的前提下,使得所有智能体鲁棒地跟踪虚拟Leader.针对所提出的分布式H∞协同控制器,借助Lyapunov-Krasovskii泛函,利用线性矩阵不等式,推导出一系列充分(必要)条件,并且在通信拓扑连通的前提条件下,给出整个闭环系统的稳定性证明.仿真实例表明了所提出方法的有效性.     

不确定时滞线性离散切换系统的鲁棒H∞控制

研究一类具有不确定和时滞的线性离散切换系统的鲁棒H∞控制问题．利用多Lyapunov函数技术,在基于状态的切换规则下,给出了这类系统鲁棒镇定且具有H∞性能界的充分条件,以及切换规则和鲁棒H∞切换控制器的设计方案．并将结果应用到一类非切换系统,提出了切换状态反馈控制策略．最后的仿真例子进一步表明了本文结论的有效性．     

不确定Delta算子切换系统的鲁棒控制研究

研究了一类参数不确定线性Delta算子切换系统的鲁棒H∞控制问题.针对传统采用的Delta算子切换系统仅限于多Lyapunov函数方法,使系统仅实现渐进稳定,收敛速度慢.为了提高控制系统的稳定性,解决系统的状态反馈鲁棒H∞控制的难点问题,首次提出利用多Lyapunov函数和平均驻留时间方法,以线性矩阵不等式的形式给出了参数不确定Delta算子切换系统指数稳定性条件,并进行了H∞性能分析,从而进一步给出系统鲁棒H∞控制器的设计方法.所设计的控制器不但保证系统参数不确定时闭环系统指数稳定,而且满足所期望的H∞性能指标.仿真结果证明了设计方法的有效性和可行性.     

一类不确定线性切换系统的鲁棒H∞滑模控制

对一类含有非匹配不确定性且有外部干扰的线性切换系统,研究了H∞滑模变结构控制问题.利用LMI技术和单Lyapunov函数方法,设计单H∞滑模面,切换律以及子系统的变结构控制器,确保了切换系统的闭环系统为鲁棒稳定,且具有H∞扰动衰减度γ.系统状态到达滑模面后,该滑模面成为切换系统的全局鲁棒滑模面,可提高系统的暂态性能和鲁棒性.仿真例子说明所提出设计方法的有效性.     

驻留概率信息方法的离散切换系统鲁棒H∞控制

本文通过驻留概率信息的方法,研究了一类离散时间切换系统的鲁棒H∞控制问题.通过对切换系统在每个子系统的驻留概率信息加以利用,建立一种新的切换系统模型.通过共同Lyapunov泛函方法,给出切换系统的鲁棒H∞随机稳定的充分条件.然后,利用锥补线性化的方法得到控制器增益.最后,通过仿真算例验证本文所用方法的有效性.     

一类线性广义切换系统的H_∞状态反馈控制

研究了一类不确定切换广义系统的H∞状态反馈控制问题,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了该类系统的鲁棒稳定且具有H∞扰动衰减度γ充分条件和控制器以及切换策略。将正常系统的Lyapunov函数研究方法推广到切换广义系统。     

一类线性广义切换系统的H∞状态反馈控制

研究了一类不确定切换广义系统的H∞状态反馈控制问题,以线性矩阵不等式（LMI）的形式给出了该类系统的鲁棒稳定且具有H∞扰动衰减度γ充分条件和控制器以及切换策略。将正常系统的Lyapunov函数研究方法推广到切换广义系统。     

一类不确定随机切换系统的镇定性和H∞性能研究

针对一类不确定随机切换系统,利用随机李亚普诺大稳定性理论和伊藤微分法则,研究了该系统在一定切换条件下鲁棒镇定和鲁棒H∞控制器存在的充分条件.使用状态反馈技术所设计的无记忆控制器能在所有容许不确定下保证闭环系统渐近稳定.文中的研究结果以线性矩阵不等式的形式给出,算例和仿真表明文中控制器设计方法的正确性和有效性.     

不确定随机时滞系统的鲁棒H∞保性能控制

讨论了一类具有时变时滞的不确定It类型随机系统的鲁棒H∞保性能控制问题. 运用Lyapunov-Krasovskii泛函方法, 设计使得闭环系统鲁棒随机指数均方稳定, 且具有给定H∞干扰抑制度 γ 的状态反馈保性能控制器. 控制器存在的充分条件以线性矩阵不等式(LMIs)的形式表示. 进一步, 通过求解具有LMIs约束的凸优化问题, 给出了不确定随机时滞系统的最优保性能控制器的设计方法. 最后通过一个数值例子验证了所提方法的有效性.     

网络控制系统的模型依赖平均驻留时间调度与控制

针对具有随机短时延的资源受限网络控制系统,提出了一种新的模型依赖平均驻留时间的调度策略与反馈控制联合设计方法.该调度策略由模型依赖平均驻留时间和动态试一次就丢弃(try-once-discard,TOD)调度策略共同决定,将系统建模成带有参数不确定性的离散切换系统,基于多Lyapunov函数方法及线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)技术,给出了使闭环系统指数稳定的控制器设计和TOD调度策略下的各模态平均驻留时间条件.该联合设计方法降低了保守性,在一定程度上减少了系统模态之间的切换频率.最后通过仿真验证所提方法的有效性.     

Hybrid Scheduling and Quantized Output Feedback Control for Networked Control Systems

A novel co-design scheme of hybrid scheduling strategy, adaptive logarithmic quantizer and dynamic robust H-infinity output feedback controller for a class of networked control system (NCS)with communication constraints and time delay is proposed. The hybrid scheduling scheme integrates dead zone scheduling and Try Once Discard (TOD) scheduling so as to get the stronger adaptability and flexibility than the single scheduling. In this scheme, dead zone scheduling which updates the threshold according to mode-dependent control strategy is used for single node of NCS to reduce the network bandwidth utilization while TOD scheduling is used for the whole node of NCS in order to meet the requirements of communication constraints and guarantee the overall system performance.We develop the integrated design for the hybrid scheduling strategy, adaptive quantizer and dynamic robust output feedback controller to maintain asymptotic stability of the closed-loop NCS by using the multiple-Lyapunov function and switched system theory. The proposed method can improve the the quality of service (QoS) meanwhile ensure the quality of control (QoC) of overall systems, which make a better trade-off between network utilization and control performance. An simulation example demonstrates the efficiency of the proposed method.     

基于动态通信调度的网络化系统最优控制

针对存在介质访问约束的网络化控制系统,研究其中的控制和通信协同设计问题.将网络化控制系统建模为输入矩阵随介质约束而变化的切换系统,运用最优控制理论和切换系统分析方法,设计了可动态调度的最优控制器及实时切换规则,并分析了动态调度下闭环网络化控制系统的稳定性,最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

短时延多包传输网络控制系统的容错控制

研究了存在数据丢失的短时延多包传输网络控制系统在静态调度和动态调度下的控制器设计问题。把未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器“故障”的系统。在静态调度策略下,将系统建模为一类具有一定切换规则的周期系统,利用容错控制理论和周期系统理论得到系统稳定性判据;在动态调度策略下,将系统建模为一类具有有限子系统的自主切换系统,利用容错控制理论和切换系统理论给出了系统的稳定性条件。并利用控制器和观测器的协同设计方法给出了系统在静态调度和动态调度下的容错控制律和状态观测器设计方法。数值仿真算例证明了结论的可行性和有效性。     

Dual scheduling and quantised control for networked control systems with communication constraints

A novel integrated design scheme of average dwell time scheduling strategy, dynamic bandwidth allocation policy and quantised control for a collection of networked control systems (NCSs) with time delay and communication constraints is proposed in this paper. A scheduling policy is presented to accommodate the limitation of communication capacity which depends on the convergence rate of closed-loop system and divergence rate of open-loop plant. Linear programming technique is adopted to dynamically allocate bit rate for each node and the strategy is used to make trade-offs between the network utilisation and the control performance which provides an effective way of optimising the quality of control (QoC) and the quality of service (QoS) for NCSs. Mid-tread uniform quantisers update the quantisation rules according to the assignment of the bit rate and convert the quantised state into a kind of input saturation with bounded disturbances. Taking into account the effect of dual scheduling strategy and quantisation, the NCSs are modelled as discrete-time switched systems with bounded disturbances. Furthermore, a scheduling and quantised feedback control co-design procedure is proposed for the simultaneous stabilisation of the collection of networked subsystems. Finally, a simulation example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

一类大时滞非线性网络控制系统的H∞保成本控制

本文研究一类大时滞不确定非线性网络控制系统的H∞保成本控制问题. 首先将具有随机大时滞的网络控制系统模型化为具有不确定系数的离散时间系统模型. 然后利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法, 给出H∞保成本控制律的存在条件和H∞保成本控制器的设计方法. 进而通过求解凸优化问题得到最优鲁棒H∞保成本控制器. 最后仿真结果验证了该控制算法的有效性.     

资源约束系统的控制与调度协同优化方法

对于一类通信约束的网络控制系统, 应用通信序列的概念和混合逻辑动态的构架, 将其建模成一类集成控制和调度的资源约束系统模型. 采用线性矩阵不等式来描述离散周期系统的周期通信序列和H_∞ 控制的协同优化问题, 并用一种递增优化序列算法来求解优化的调度策略及其相应的渐近稳定及r指数稳定的H_∞控制器. 该算法结合线性矩阵不等式凸优化问题解决了调度与控制的协同设计问题, 同时也节省了搜索优化解的计算时间.     

带有通讯约束的网络化控制系统容错控制技术研究

文中研究了针对具有通讯约束的网络化控制系统存在执行器增益故障的容错控制问题. 提出一种静态调度策略, 利用周期通讯序列的方法调度网络资源及网络可用通道. 该研究的创新处在于首先将具有周期通讯序列及执行器故障的网络化控制系统建模为一个周期的切换系统, 并提出了基于调度依赖的利亚普诺夫函数方法对系统容错控制器进行设计. 由于调度策略使得在每个采样时刻存在数据丢失, 文中分别利用0值和上一时刻采样值替代所丢失的数据. 更进一步的, 当考虑控制对象存在外界能量有界干扰时, 分别就上述两种情况讨论了其鲁棒容错控制器的设计问题. 最后, 通过仿真实例证明了所提方法的有效性.     

Try-once-discard scheduling for stochastic networked control systems

In practical networked control systems (NCS), such as smart grids, cooperative robotics, and sensor networks, often multiple control applications share a communication infrastructure, requiring a smart and efficient scheduling mechanism to coordinate the access to the capacity-limited communication medium. In this article we consider the problem of event-based scheduling design for NCSs consisting of multiple control loops over a shared communication medium. We extend the notion of Try-Once-Discard (TOD), which is one of the basic deterministic event-based scheduling protocols for resource constrained NCSs, to the case of multiple stochastic control systems coupled via a shared communication medium subject to capacity limitation and stochastic packet delivery failure. Showing that the overall network-induced error is a homogeneous Markov chain in our stochastic set-up, we first study stability properties of such networked systems under the TOD scheduling scheme employing the concepts of stochastic stability. Then, we derive sufficient stability conditions under the TOD rule assuming that the communication channel is not ideal, i.e. a scheduled data packet for transmission might be lost in the communication channel with a non-zero probability. Furthermore, we derive analytic performance bounds by finding uniform upper-bounds for an average quadratic cost function. The numerical simulations are performed for variety of system parameters and NCS set-ups to strengthen our stability claim as well as illustrating performance bounds. Additionally, we show that the TOD scheduling rule outperforms the conventional time-triggered, and uniform and non-uniform random channel access arbitration mechanisms, in terms of efficient coordination of channel access in stochastic NCSs.     

具有随机长时延的网络控制系统保性能控制

本文研究了一类具有随机长时延离散时间网络控制系统(NCSs)的建模和保性能控制问题.用两个马尔可夫链分别来描述反馈通道和前向通道的网络诱导时延,基于采用现有最新数据的原则,将闭环NCS建模成一个与当前时刻和过去时刻网络诱导时延有关的马尔可夫随机时滞系统.应用线性矩阵不等式技术和李亚普诺夫方法得到了闭环NCS随机稳定且具有二次性能指标上界的充分条件,并给出了状态反馈保性能控制器的设计方法.最后,通过数值算例验证了本文方法的有效性.