基于事件触发的网络控制系统的分析与设计

作     者：马雪乐 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜偕富

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：网络控制系统 事件触发策略 DoS攻击 Lyapunov稳定性定理 T-S模糊系统 

摘      要：随着时代和科技的发展,一门或多门学科的发展和应用往往会为其他学科开辟一个新的研究领域,网络控制系统就是一个典型的代表。网络控制系统将控制系统中的各个部分通过网络连接起来,实现了远程监控、远程控制和数据通信等功能,不仅提高了控制系统的可靠性和安全性,还加快了信息传输的速度,使得控制系统更加灵活和高效。它的出现为控制领域注入了新鲜血液,也促进了计算机技术、通信技术和控制技术的融合,具有广阔的应用前景和市场潜力。 然而网络控制系统也存在着一些问题,例如网络时滞,网络带宽有限以及网络攻击等。首先,网络时滞是网络控制系统本身的一个特性,其会影响到系统的实时性和响应速度。其次,在网络控制系统中,数据通信需要通过网络进行传输,如果网络带宽不足,就会产生数据传输速度慢、控制响应时间长等问题,从而影响到控制系统的运行效率和稳定性。最后,网络攻击也是网络控制系统面临的一个重要挑战,网络控制系统中传输的数据涉及到重要的控制信息和敏感的工业数据,一旦被黑客攻击或恶意篡改,将会影响控制系统的正常运行并且危害生产安全甚至造成巨大的经济利益损失。基于上述不足,本文主要开展了如下研究: 1.针对一类存在网络诱导时滞和外界扰动的线性网络控制系统,研究其在事件触发下的稳定性和H控制问题。设计了一种随着系统误差动态改变的事件触发策略,并将其整合到网络控制系统中。然后充分利用时滞信息构造了一个合适的L-K泛函,应用Jensen不等式、互逆凸引理和Schur补引理进行公式推导,运用Lyapunov稳定性理论得到了一个系统稳定的充分性条件,再在此基础上给出了一个事件触发权重矩阵和H控制器的协同设计方案。最后通过仿真示例验证了所得定理在保证系统稳定的前提下,提高了网络资源的利用率,提升了网络带宽的利用率。 2.针对一类存在参数不确定性的网络控制系统,研究其在弹性事件触发下的稳定性和鲁棒H控制问题。充分考虑DoS攻击对于事件触发条件的影响,在第3章设计的动态事件触发的基础上给出一个能量有限的DoS攻击的弹性事件触发策略,并将其整合到具有参数不确定和外界扰动的网络控制系统中。然后充分利用时滞信息构造了一个合适的L-K泛函,运用Lyapunov稳定性理论,通过Writinger不等式、Schur补引理等方法进行推导,得到一个系统的稳定性准则,再在此基础上给出了一个弹性事件触发权重矩阵和鲁棒H控制器的协同设计方案。最后通过仿真示例验证了所得定理在系统受到Dos攻击时能够通过弹性事件触发策略,将误差控制在弹性裕度内,尽可能地保证系统的稳定性。 3.针对实际生产生活中大多都是非线性系统的问题,研究了弹性事件触发下T-S模糊网络控制系统的异步鲁棒H控制问题。首先给出一个非线性系统,并通过T-S模糊规则进行描述,然后结合参数不确定性、外界扰动和弹性事件触发策略建立一个T-S模糊系统模型。考虑系统前件变量和控制器前件变量不匹配的情况,运用Lyapunov稳定性理论,通过Writinger不等式、Schur补引理等方法推导得到一个系统的稳定性准则,并以此为基础给出一个弹性事件触发策略和异步鲁棒H控制器的协同设计方案。最后通过仿真示例验证了所得定理在非线性系统中也可以通过弹性事件触发策略有效地应对Dos攻击。