网络化模糊仿射系统的滤波器设计

作     者：吴雨燕 

作者单位：广西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：成军

授予年度：2022年

学科分类：0711[理学-系统科学] 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）] 07[理学] 08[工学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 071102[理学-系统分析与集成] 081103[工学-系统工程] 

主      题：模糊仿射系统 马尔科夫跳变 事件触发机制 欺骗攻击 数据丢包 

摘      要：随着网络化系统的日益复杂,被控制的对象通常会受到非线性、外部干扰以及其他不确定因素的影响,传统线性控制模型难以刻画实际复杂的控制系统.而具有非线性特性的T-S模糊系统能很好对被控对象进行描述,使得线性控制系统中的Lyapunov稳定性理论能够应用于非线性系统控制.但是,当系统比较复杂时,常见的Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型分析方法加剧了非线性系统分析和控制的难度.1999年,Johansson教授提出了一类T-S模糊仿射系统,并证明了该系统具有更强的函数逼近功能,一经提出就受到了许多学者的关注.另一方面,网络化控制系统的通信资源受限以及网络安全问题受到了广泛的关注,本文将基于网络化模糊仿射系统展开相关研究,主要内容如下:(1)研究了量化效应和欺骗攻击下模糊马尔科夫仿射系统的非平稳滤波问题.根据模糊规则中的结构信息生成了一组由工作点区域和交叉区域组成的模糊马尔科夫仿射系统.为了描述多网络诱导约束,测量输出在传输前进行量化,并采用补偿机制解决量化测量输出间歇性丢失问题.同时,考虑了随机发生的欺骗攻击,其攻击行为由有界的随机信号刻画.为了处理多网络诱导约束,文中提出了一种新的非平稳区域相关的仿射滤波策略.借助于模态和域相关的Lyapunov函数以及S-过程理论,给出了滤波误差系统均方指数稳定的充分条件.最后,通过一个实际的隧道二极管电路模型验证了所得结果的实用性和有效性.(2)研究了具有动态事件触发机制和不确定丢包的模糊马尔科夫跳变仿射系统的降阶滤波器设计问题.为了更精确地逼近非线性系统,拓宽实际应用范围,提出了与模态相关工作区域的模糊马尔科夫跳变仿射系统,其系统状态被划分为与跳变模态有关的工作点区域和交叉区域.文中提出了一种新的非齐次马尔科夫过程来描述子系统间的广义随机跳变,其时变转移概率上层确定性切换信号决定.与传统的具有任意切换的马尔科夫过程相比,新的非齐次马尔科夫过程采用平均驻留时间策略来提高动态性能.此外,本文采用动态事件触发机制,通过延长任意两个连续事件之间的间隔来减轻网络传输负担.基于状态空间划分的变化,考虑了非同步降阶广义滤波器.在此框架下,得到了滤波误差系统的随机稳定性且满足7)-7)性能的充分条件,并通过两个仿真实例验证了理论结果的有效性.(3)研究了基于动态事件触发机制的模糊仿射滤波器设计问题.为了在节省通信资源的同时获得较好的性能,构造了能够灵活地利用一系列历史触发数据的记忆动态事件触发协议.同时,考虑了时变的信道衰落现象,并用一个新的非齐次马尔科夫过程对其进行描述,其切换概率的变化由上层确定性切换信号进行调节.应用域相关的Lyapunov理论,证明了滤波误差系统是指数均方稳定的,并保证了系统的性能.最后,应用倒立摆模型对理论分析结果进行了验证.