基于概率约束目标的网络控制系统的跟踪控制研究

作     者：魏斌 

作者单位：上海理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田恩刚

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：网络控制系统 概率约束 Round-Robin协议 网络攻击 测量野值 线性矩阵不等式 

摘      要：近年来,随着科学技术的飞速发展,以计算机网络为媒介的信息化时代正推动着以传统工业、钢铁、电力等为代表的复杂工业控制系统向信息物理系统深度融合的方向迈进,由此,催生出一种新型控制系统—网络化控制系统。该系统自问世以来很快在军事、航天、导航制导等领域得到了广泛应用。然而,复杂多变的网络环境也带来了诸如网络攻击、传输受限等一系列新的问题,给设计满足期望性能指标的观测器/控制器带来了全新挑战。本文针对一类非线性网络化控制系统,考虑网络攻击以及测量野值等网络情况,设计跟踪观测器和控制器使其满足给定的概率约束目标。主要工作如下:研究一类在概率约束、网络攻击以及测量野值下的非线性网络化系统的跟踪控制器设计问题。首先,综合考虑非周期拒绝服务攻击和测量野值的影响,设计基于饱和函数的观测器来削弱野值带来的影响。本文设计的概率约束跟踪控制器可以确保跟踪误差落在给定椭球集合的概率低于给定值,且使得到的椭球在矩阵范数意义下最小。其次,借助矩阵运算法则得到估计误差和跟踪误差分别满足方差约束和概率约束的充分条件,并借助Matlab求解估计器和控制器参数。最后通过数值仿真展示了所设计的跟踪控制器方案的可靠性和有效性。讨论了Round-Robin(RR)通信协议及欺骗攻击下网络化控制系统的跟踪控制问题。首先,为了缓解通讯网络计算负担,本文引入RR协议来调度网络数据传输,且在考虑欺骗攻击下设计跟踪控制器,保证跟踪误差超过给定阈值的概率低于一个预先给定的值。此外,借助于递推线性矩阵不等式方法,可以得到满足概率约束性能指标的充分条件以及预期的控制器和估计器参数矩阵。最后,通过两个仿真例子验证所设计方案的有效性。