输出饱和系统的事件触发策略研究

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输出饱和又称为传感器饱和,广泛地存在于实际的物理控制系统之中。其产生的原因是传感器装置只能提供有限的测量范围。当传感器发生饱和时,控制器将得不到被控对象准确的状态或输出信息,影响系统的性能甚至造成失稳。另一方面,在网络化控制系统中,受限的网络传输带宽和计算资源往往会导致网络拥堵、数据丢包、传输延迟等问题。事件触发策略作为一种非周期的采样控制方法可以在保证系统期望性能的同时,有效地配置有限的通讯资源。基于以上背景,本文分别针对不同情形下的输出饱和系统,设计了相应的事件触发规则和控制器。具体内容如下:
  首先,针对在网络环境下存在输出饱和约束的中立稳定系统,提出了一种基于观测器的输出反馈事件触发控制器。给出了保证闭环系统实现全局渐近稳定的充分条件,还对其可行性进行了探讨。之后通过比较引理得出了最小事件间隔的表达式,说明所提出的静态事件触发规则不存在Zeno现象,进而保证提出的事件触发策略是可以实现的。紧接着,通过数值仿真实例来验证所提出的方法,并讨论了触发条件的参数选取规律。
  其次,通过考虑存在外部不确定干扰的一般输出饱和系统,构造了一种基于动态事件触发的输出反馈H∞控制器。其中传感器-控制器信道和控制器-执行器信道的触发事件是异步地进行,并且强制的驻留时间可以消除Zeno现象。还依次提出了控制器参数和触发条件参数的Emulation设计方法和Co-design方法,并且这两种方法都能保证闭环系统在有无干扰的情况下实现局部的L2性能和渐近稳定性能。随后通过F-8飞行器的例子验证了所提出方法的优越性。
  最后,通过研究同时存在输入饱和、输出饱和以及不确定干扰的线性系统,设计了一种基于静态Anti-windup补偿的事件触发控制器。其中传感器-控制器信道与控制器-执行器信道之间的信号是异步地进行传输,而控制器-执行器信道中的控制器输出信号和执行器两端的差值信号是同步地进行传输。静态Anti-windup补偿可以扩大系统的吸引域。改进的动态事件触发策略可以在不影响初始状态和外部干扰的容许范围的前提下,进一步扩大事件触发间隔。
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