基于冗余通道的离散时间系统控制与滤波

作     者：任静 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈云

授予年度：2019年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：网络化控制系统 冗余通道 神经网络 随机时延 有限时间稳定 

摘      要：网络控制系统在工业自动化系统、无人驾驶和远程手术等很多领域得到了广泛应用。然而由于网络的引入,使得一些网络诱导现象时常发生,如时延、丢包和测量衰减等。这些现象不仅影响网络控制系统的动态性能,甚至有可能导致系统不稳定。通过增加通信信道的方法可以显著改善数据包传输的成功率。因此,研究具有冗余通道的网络化控制系统,设计相应的控制器/滤波器不仅具有重要的理论意义还具有广泛的应用价值。本文主要基于Lyapunov稳定性原理和随机分析等方法,研究具有冗余通道的离散时间网络化控制系统控制与滤波问题。本文主要内容包括以下几个部分:第一部分,研究具有冗余通道的离散时间系统基于观测器的H∞控制。首先,引入一个冗余通道改善网络化控制系统中数据丢包的现象,并且利用两个相互独立的Bernoulli随机变量分别表示主通道和冗余通道传送数据的成功率。其次,借助Lyapunov函数方法给出闭环系统随机稳定且满足H∞性能的判据。最后,利用奇异值分解方法,给出基于观测器的控制器设计方法。第二部分,探讨具有随机时延和冗余通道的Markov跳变神经网络状态估计。首先,引入具有随机时延和冗余通道的Markov跳变神经网络模型,时延是有界的且相应的概率分布已知。然后,通过构造一个合适的Lyapunov泛函,以矩阵不等式的形式得到了估计误差系统随机稳定且满足H∞性能的充分条件。最后,在这个基础上设计模态依赖的状态估计器。第三部分,在前两部分研究的基础上,将一个冗余通道扩展到多个冗余通道,研究非线性离散时间系统有限时间动态输出反馈控制问题。首先,用多个相互独立的Bernoulli随机变量表示各通信通道传输数据包成功的概率,给出多冗余通道的非线性系统模型。接着,通过构造一个类Lyapunov函数,提出系统有限时间有界并且满足H∞性能的充分条件。在此基础上,给出该类系统有限时间H∞动态输出反馈控制器的设计方法。最后对本文内容进行了总结和展望。