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事件触发机制下复杂网络系统的状态估计器与H∞滤波器设计

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事件触发机制下复杂网络系统的状态估计器与H∞滤波器设计

作者：武芳南京财经大学

学位级别：硕士

近年来,复杂网络在很多领域都获得了大量的关注.研究者们对复杂网络系统也给予了极大的关注,并取得了许多研究成果,包括网络控制、可靠性分析和状态估计等.由于动态系统的状态估计问题和滤波器设计问题在很多研究领域是相当重要的,在复... 详细信息

近年来,复杂网络在很多领域都获得了大量的关注.研究者们对复杂网络系统也给予了极大的关注,并取得了许多研究成果,包括网络控制、可靠性分析和状态估计等.由于动态系统的状态估计问题和滤波器设计问题在很多研究领域是相当重要的,在复杂网络系统中研究这些问题则具有重要的理论意义和应用价值.在实际的网络环境中,由于信息传输量不断增大而网络带宽有限,为了有效节约带宽、减少网络负荷,越来越多的研究者们将事件触发机制应用于网络化控制研究中.同时,为了提高传输信道的通讯能力,量化机制在网络控制系统的研究中得到了广泛的应用.基于此,为了高效地节约网络带宽资源、降低网络负荷,本文研究了基于事件触发机制和量化的复杂网络系统的状态估计器和H滤波器设计问题.具体从如下几个方面展开研究:1.在第二章中,为了减轻网络传输的负担,引入了事件触发机制和量化机制,研究了基于事件触发机制和量化的复杂网络系统的状态估计问题.利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术,得到了状态估计误差系统渐近稳定的充分性条件,并且给出了理想的状态估计器的设计方法.2.在第三章中,考虑到网络系统中信息传输量大而网络带宽受限的特性,研究了一类基于事件触发机制和量化的复杂网络系统的H滤波器设计问题,基于事件触发机制建立了一个滤波误差系统模型,利用线性矩阵不等式技术,给出了系统指数均方渐近稳定的充分性条件,并进一步给出了H滤波器设计算法.最后,总结了本文的主要研究内容以及今后的研究工作.

关键词：复杂网络系统事件触发机制量化机制状态估计 H∞滤波器

基于事件触发机制的变风量空调系统预测控制方法研究

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基于事件触发机制的变风量空调系统预测控制方法研究

作者：陈青青西安建筑科技大学

学位级别：硕士

暖通空调系统能耗占据建筑总能耗的百分之五十以上,为了响应国家的“双碳”战略,大力发展暖通空调节能技术从而降低系统总能耗就显得尤为重要。变风量(Variable Air Volume,VAV)空调系统因其高节能率和高灵活性等方面的优势已成为现代... 详细信息

暖通空调系统能耗占据建筑总能耗的百分之五十以上,为了响应国家的“双碳”战略,大力发展暖通空调节能技术从而降低系统总能耗就显得尤为重要。变风量(Variable Air Volume,VAV)空调系统因其高节能率和高灵活性等方面的优势已成为现代建筑空调系统的主要选择之一,并在我国大型公共建筑中得到了广泛的应用。但由于其多变量耦合特性,以及各控制回路存在的滞后属性,如何有效保证变风量空调系统稳定、安全高效地运行,是其控制技术研究的重点。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC),是一种以优化理论为基础的多变量控制策略,其主要特点是能够处理多变量系统耦合问题以及显式地考虑系统输入输出量的物理约束,故在变风量空调系统中得到了广泛的应用。本文针对变风量空调控制系统,提出一系列基于事件触发机制的新型预测控制方法,从在线计算量、闭环控制性能等多个方面对其进行优化,具体包含以下研究内容:首先,针对系统维数增加以及控制时域和预测时域增大导致预测控制在线计算量显著增长的问题,提出了一种新型的事件触发预测控制算法。首先提出了基于输出斜率及斜率变化率的这种更符合系统动态特点的触发机制,构造并描述了基于输出斜率及斜率变化率的事件触发预测控制算法。然后利用樽海鞘寻优算法对所提控制策略的进行参数整定。最终通过仿真验证了所提事件触发预测控制算法的可行性及有效性。其次,针对网络化变风量空调系统面临网络及计算资源受限的问题,提出了准二次微分型事件触发预测控制算法。首先,基于最优预测状态和实际状态之间误差的斜率变化构造了准二次微分型事件触发机制。在此基础上提出了准二次微分型事件触发预测控制算法,同时进一步证明了该控制系统不存在芝诺(Zeno)现象。此外,从理论上严格推导了算法的可行性和闭环系统的稳定性条件。最后,对空调系统中的弹簧阻尼减震器实例进行仿真,验证了所提算法的有效性以及适用性。最后,对本文所提事件触发预测控制算法开展实验验证研究。首先在四容水箱实验平台上开展了控制算法验证,所提方法和现有预测控制方法相比,求解次数分别实现了45.5%、49%的改进。其次,在变风量空调半实物仿真实验平台上对所提算法进行实验验证,所以算法与传统预测控制算法相比,求解次数分别减少了54.5%、49%。实验结果表明本文所提事件触发预测控制策略能够有效地降低变风量空调系统通信及计算资源消耗,且具有良好的控制效果。

关键词：模型预测控制变风量空调系统事件触发机制参数整定

基于事件触发机制的一类非仿射非线性系统自抗扰控制

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基于事件触发机制的一类非仿射非线性系统自抗扰控制

作者：张雨薇南京邮电大学

学位级别：硕士

现代民用和国防中诸多系统均具有非仿射非线性形式,如风扇转速系统和直升机控制系统等。这些系统在实际工作中的易遭受自身模型不确定性或外部扰动的影响。同时,随着工程应用规模的扩大,现有网络通信资源相对有限。针对上述问题,本文研... 详细信息

现代民用和国防中诸多系统均具有非仿射非线性形式,如风扇转速系统和直升机控制系统等。这些系统在实际工作中的易遭受自身模型不确定性或外部扰动的影响。同时,随着工程应用规模的扩大,现有网络通信资源相对有限。针对上述问题,本文研究基于事件触发机制的一类非仿射非线性系统自抗扰控制问题具有理论价值与实际意义。主要研究工作包括以下三个方面:1.针对一类不确定非仿射非线性单输入单输出系统,研究了事件触发自适应容错问题。利用隐函数定理和中值定理将非仿射系统转化为仿射系统,利用扩张状态观测器和跟踪微分器分别估计未知动态和虚拟控制律的导数。针对执行器失效故障设计自适应律去实时补偿。针对执行器时变偏置故障,引入了投影算子来在线估计。为了节约通信资源,提出了基于跟踪误差和自适应参数的时变阈值事件触发机制。利用预定义性能将跟踪误差收敛到预定界内,提高了跟踪误差的瞬态性能。进一步的,考虑执行器故障和输入迟滞同时发生的情况,提出了一个事件触发自适应容错控制方案。由于执行器输入迟滞与事件触发机制存在设计冲突,因此在控制器到执行器通道引入一个二阶滤波器以获得光滑可微的控制信号,进而设计自适应容错控制方案来抵消输入迟滞的影响。提出了一种基于双曲正切函数的时变阈值,使得关于控制信号的阈值始终保持在固定的界内,从而改善了控制信号的跳变和抖动问题。利用输入到状态实际稳定性定理分析闭环系统的稳定性以及无Zeno行为。2.针对一类不确定非仿射非线性多智能体系统,提出了一种基于实际固定时间和事件触发的自抗扰输出一致跟踪策略。非仿射型多智能体系统由隐函数定理、中值定理以及自抗扰控制思想转化为仿射型多智能体系统。设计基于触发输出的分布式领导者估计器利去估计领导者信号。实际固定时间技术提供了收敛时间的上界,且上界与初始条件无关。利用扩张状态观测器和跟踪微分器分别估计每个跟随者的未知动态以及虚拟控制律的导数。通过所提出的输出一致跟踪策略分析多智能体系统输入到状态实际稳定性以及无Zeno行为。3.针对一类不确定随机非仿射非线性多智能体系统,提出了一种基于双端触发的自抗扰状态一致控制方案。为了提高通信资源的利用率,提出了一个双端事件触发机制。双端触发是基于扩张状态观测器的触发和控制输入信号的触发。其中,事件触发扩张状态观测器用来估计内部不确定性和外部有界随机扰动。提出了一种基于改进后的时变增益扩张状态观测器。所设计的时变增益形式为分段函数,第一部分是常数和指数函数的组合项,第二部分始终为一个常数。从时变增益函数构造形式上看,改进后时变增益函数额外增加了一个常数,使得初始时间的估计误差变为可调参数与初始估计误差的乘积项。与常数增益扩张状态观测器相比,其增加了增益的可调性。含时变增益的事件触发扩张状态观测器可以有效抑制常数增益下在初始时间附近引起的峰值现象。通过所提出的状态一致跟踪策略,证明了状态一致误差以及事件触发扩张状态观测器的观测误差有界以及无Zeno行为。

关键词：自抗扰控制事件触发机制容错控制输出一致跟踪控制状态一致跟踪控制

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基于事件触发机制的网络化系统输出反馈控制

基于事件触发机制的网络化系统输出反馈控制

作者：王岩华北理工大学

学位级别：硕士

在闭环控制中引入通信网络,会使系统的分析和设计变得复杂。客观存在的网络诱导约束,如时延、扰动、网络攻击和信号量化等,会对网络化控制系统的性能造成影响。研究基于事件触发机制的网络化系统的输出反馈控制问题具有重要意义。对系... 详细信息

在闭环控制中引入通信网络,会使系统的分析和设计变得复杂。客观存在的网络诱导约束,如时延、扰动、网络攻击和信号量化等,会对网络化控制系统的性能造成影响。研究基于事件触发机制的网络化系统的输出反馈控制问题具有重要意义。对系统的建模,稳定性分析,控制器增益和事件触发矩阵的联合设计问题进行了研究。具体的研究工作如下:1)针对网络中的不安全因素,研究了受随机欺骗攻击影响的网络化系统的事件触发扩展耗散控制问题。结合随机欺骗攻击和外部干扰对闭环系统的影响,建立了一种改进的系统模型。借助Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式的方法,设计了事件触发矩阵和输出反馈控制器增益的联合求解方案。通过数值仿真证明了该方法能够降低网络负载,提高系统资源的利用率。2)针对网络诱导时延的随机分布特性和存在的控制器增益摄动,研究了具有随机时延的网络化系统事件触发非脆弱H控制问题。充分利用区间时延的概率分布信息和输入时滞的锯齿结构特征,构造了一种改进的Lyapunov-Krasovskii泛函。借助锥补线性化算法给出了非脆弱输出反馈控制器增益和事件触发矩阵的联合求解方法。通过数值算例验证了所提出的非脆弱控制方案的优越性。3)针对量化误差和外部干扰对系统的影响,解决了基于事件触发机制的网络化系统的量化输出反馈H控制问题。采用对数量化器对系统的采样信号进行量化,将量化误差转化为扇形界下的不确定性,设计输出反馈H控制器消除量化误差对系统稳定性的影响。通过和现有的结果比较,所设计的控制方案能够实现更大的采样周期。图27幅;表3个;参61篇。

关键词：网络化控制系统事件触发机制输出反馈扩展耗散非脆弱

网络化控制系统改进事件触发机制与L_∞控制协同设计研究

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计算机应用研究 2018年第8期35卷 2492-2497页

作者：李富强郜丽赛张益维河南农业大学理学院郑州450002 上海大学机电工程与自动化学院上海市电站自动化技术重点实验室上海200072 郑州航天电子技术有限公司(中国航天科技集团公司九院六九三厂) 郑州450001

研究了网络诱导延时和外部干扰约束下,网络化控制系统的改进事件触发机制与L∞控制协同设计策略。为了克服相对(绝对)事件触发机制在系统接近(远离)平衡点运行时数据发送率较高的局限,提出了综合利用状态相关信息和状态无关信息的改进... 详细信息

研究了网络诱导延时和外部干扰约束下,网络化控制系统的改进事件触发机制与L∞控制协同设计策略。为了克服相对(绝对)事件触发机制在系统接近(远离)平衡点运行时数据发送率较高的局限,提出了综合利用状态相关信息和状态无关信息的改进事件触发机制,其能够在系统整体运行期间获得较低数据发送率;然后,建立了同时刻画事件触发机制和网络诱导延时影响的闭环时滞系统模型,得到了系统最终有界稳定的充分条件,给出了事件触发机制与控制器的协同设计方法,比要求控制器预先给定的两步设计方法更方便。最后,仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：网络化控制系统事件触发机制网络诱导延时协同设计最终有界稳定

基于事件触发机制的多智能体网络平均一致性研究

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计算机应用研究 2017年第3期34卷 665-670页

作者：李富强豆根生郑宝周河南农业大学理学院郑州450002 上海大学机电工程与自动化学院上海市电站自动化技术重点实验室上海200072

研究了事件触发机制下具有固定和切换拓扑结构的多智能体网络的平均一致性问题。为了有效降低多智能体一致性控制协议的更新次数,提出了仅依赖于各智能体及其邻居节点信息的分布式事件触发机制;为了使多智能体网络渐近收敛至初始平均状... 详细信息

研究了事件触发机制下具有固定和切换拓扑结构的多智能体网络的平均一致性问题。为了有效降低多智能体一致性控制协议的更新次数,提出了仅依赖于各智能体及其邻居节点信息的分布式事件触发机制;为了使多智能体网络渐近收敛至初始平均状态,提出了基于事件触发机制的多智能体平均一致性协议;然后,建立了事件触发机制下的闭环系统模型,并分别获得了固定和切换拓扑结构下多智能体网络平均一致收敛的充分条件。仿真表明,基于事件触发机制的平均一致性协议保证了多智能体网络的平均一致性,并且分布式事件触发机制有效降低了多智能体一致性协议更新次数。

关键词：多智能体网络平均一致性无向连通图切换拓扑事件触发机制 MATLAB

基于事件触发机制的一类非严格反馈非线性系统的自适应神经网络追踪控制

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南京信息工程大学学报（自然科学版） 2021年第1期13卷 59-65页

作者：廉玉晓杨文静王琳淇王学良夏建伟聊城大学数学科学学院聊城252000

基于事件触发机制,研究了一类非严格反馈非线性系统的自适应神经网络追踪控制问题.结合反步技术、神经网络和事件触发机制,提出了一种自适应神经网络控制方案,减少了数据传输量并减轻了控制器和执行器之间的传递负担,保证了输出信号尽... 详细信息

基于事件触发机制,研究了一类非严格反馈非线性系统的自适应神经网络追踪控制问题.结合反步技术、神经网络和事件触发机制,提出了一种自适应神经网络控制方案,减少了数据传输量并减轻了控制器和执行器之间的传递负担,保证了输出信号尽可能地追踪到参考信号,同时使得闭环系统的所有信号有界.此外,通过避免芝诺现象保证了所提事件触发机制的可行性.最后,给出一个例子验证了所提出策略的有效性.

关键词：非严格反馈结构非线性系统反步技术事件触发机制追踪控制

基于事件触发机制的并网逆变器模型预测电流控制

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基于事件触发机制的并网逆变器模型预测电流控制

作者：朱守玉西安理工大学

学位级别：硕士

可再生能源建筑作为当前绿色建筑发展的重要方向,在促进国际社会节能减排方面做出了重要贡献。作为建筑电能转换的重要环节,并网逆变器直接决定可再生能源建筑到外部电网的能量传输,在保证建筑正常运转方面发挥重要作用。模型预测控制（... 详细信息

可再生能源建筑作为当前绿色建筑发展的重要方向,在促进国际社会节能减排方面做出了重要贡献。作为建筑电能转换的重要环节,并网逆变器直接决定可再生能源建筑到外部电网的能量传输,在保证建筑正常运转方面发挥重要作用。模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）策略建模简单,响应迅速且易于多目标协同控制,因而广泛应用于并网逆变器。然而,当可再生能源建筑运行于稳态工况时,MPC策略仍需周期性频繁采样,这将导致并网逆变器开关行为繁冗,效率提升困难。针对上述问题,本文通过推导L型两电平并网逆变器MPC策略的数学模型,在代价函数中加入开关状态切换次数的动态限制条件,一定程度上缓解了 MPC策略控制行为繁冗,开关频率不能灵活调节的问题;然而既有MPC降频策略难以从权重系数判断系统运行状态,无法确定稳定下限;且权重系数易受采样精度影响而变得不稳定,鲁棒性较差;此外,加入约束条件的代价函数需多次遍历,加大了处理器的计算负担。为了克服传统降频策略所存在的上述缺陷,本文提出一种基于事件触发（Event-Triggered,ET）机制的模型预测控制策略,根据不等式近似原理推导了误差函数的ET边界,并证明所提ET-MPC策略的稳定性;在MATLAB/SIMULINK软件中分析了 ET周期及调节系数对MPC控制效果的影响,并将所提策略与传统降频策略进行了综合对比。在实验室搭建了 0.9 kW的L型两电平并网逆变器实验样机。结果表明,在ET周期及采样周期均为20μs的精度条件下,所提ET-MPC策略在保证并网逆变器稳定运行的同时,可将传统MPC策略下功率器件的开关次数有效降低38%,提高系统效率。

关键词：两电平并网逆变器模型预测控制事件触发机制降频稳定性

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基于事件触发机制的网络随机控制系统的研究

基于事件触发机制的网络随机控制系统的研究

作者：杨洋哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

网络控制系统是一种通信带宽有限的空间分布式系统,可能会受到环境等因素的影响,使系统发生随机丢包和随机时延从而变为随机系统。本文主要针对系统中存在随机时延、随机丢包以及系统模型中具有随机不确定项等问题进行研究,主要内容如下... 详细信息

网络控制系统是一种通信带宽有限的空间分布式系统,可能会受到环境等因素的影响,使系统发生随机丢包和随机时延从而变为随机系统。本文主要针对系统中存在随机时延、随机丢包以及系统模型中具有随机不确定项等问题进行研究,主要内容如下:首先,针对网络控制系统中存在时延而无丢包的情况,设计一种改进型事件触发方案,分析系统稳定性。构造李雅普诺夫泛函,使其包含的时延信息尽可能多,利用李雅普诺夫稳定性理论和自由加权矩阵方法,对控制系统进行控制器的设计并给出系统渐近稳定的充分条件。通过与传统事件触发方案相比,验证该方案能够有效减少事件触发次数,节约网络资源。其次,针对系统中存在丢包的情况,设计一种触发方案。用满足伯努利分布的随机变量表示系统中的丢包现象,构造李雅普诺夫泛函,分析系统稳定性。应用李雅普诺夫稳定理论,给出系统渐近稳定的充分条件,通过仿真验证该方案的有效性。针对网络控制系统两通道中同时存在随机丢包和随机时延的情况,将两通道中的随机丢包现象用服从伯努利分布的随机变量表示,随机时延用服从马尔科夫过程的随机变量表示,构造状态观测器,应用李雅普诺夫稳定性定理,给出系统渐近稳定的充分条件,通过仿真验证该方法的有效性。最后,针对控制系统模型中存在随机不确定项和非线性的情况,设计一种自适应事件触发方案,该方案可以根据阈值误差动态调整触发参数。用满足伯努利分布的随机变量表示模型中随机性,构造李雅普诺夫泛函,分析系统稳定性,通过仿真验证该方法的有效性。

关键词：网络随机控制系统事件触发机制网络时延数据丢包渐近稳定