非线性互联系统的输出反馈采样控制研究

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随着科学技术的进步及人类社会的发展,规模更庞大且结构更复杂的非线性互联系统受到广大学者的关注,它广泛应用于当今社会生活和生产的各领域中。与此同时,电子计算机在控制系统中逐渐扮演着更为重要的角色,这也为采样控制理论的发展提供了契机。通信资源更节约并且更易于实现的采样控制成为了研究热点。近年来,采样控制问题的研究已取得丰硕成果,然而针对非线性互联系统的相关成果还较少。在保证控制性能的基础上,进一步减少通信资源的消耗是亟待解决和具有挑战性的问题。本文在现有基础上,基于Lyapunov稳定性理论、随机系统理论、齐次系统理论、分散控制技术等,研究了具有随机干扰和时滞等不确定因素的非线性互联系统的采样控制问题,提出了非线性互联系统在发生如执行器和传感器故障、双信道拒绝服务(Denialof-service,Do S)攻击等问题时相应的全局输出反馈采样控制方案。本文主要工作归纳如下:(1)针对存在随机干扰和时滞等不确定因素的非线性互联系统,研究了其输出反馈采样分散控制问题。相比于某些已有文献中所研究的常时滞系统,本文研究了在实际中更为常见的时变时滞系统。所设计的输出反馈采样控制器为线性的,这在实际中是更易于实现的。通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,利用随机系统理论,证明了所提采样控制策略在可容许采样周期下能保证相应闭环系统全局均方渐近稳定。(2)针对具有高阶次幂的非线性互联系统,讨论了其输出反馈采样分散控制问题。所考虑系统中的各子系统的非线性函数存在不同的齐次度,放松了某些已有文献中对非线性函数的约束。为了更好地处理不同齐次度的非线性项,提出了具有多尺度增益的坐标变换方案。仅利用系统输出在采样时刻的信息,设计了状态观测器和采样控制器。在稳定性分析时,通过构造新的Lyapunov函数导出了可容许采样周期的选取范围,并证明了所提控制方案可全局渐近稳定相应的闭环系统。(3)针对具有时变执行器和传感器故障的非线性互联系统,提出了基于采样控制的输出反馈容错控制方案。由于实际的系统控制输入和真实的系统输出不可得,仅利用系统故障输出在采样时刻的信息设计了降维观测器以估计不可量测状态,并设计了具有可容许采样周期的采样控制器。通过构造合适的Lyapunov函数,证明了在所提采样容错控制策略下相应闭环系统的所有状态是全局一致最终有界的。(4)针对测量和控制信道同时遭受Do S攻击的非线性互联信息物理系统,提出了基于采样控制的输出反馈安全控制方案。利用受到攻击的系统输出构造了状态观测器以及采样控制器。进一步,划分出有效的Do S攻击区间,并通过对上述区间内的Lyapunov函数进行稳定性分析,导出了可容许采样周期、Do S攻击持续时间以及频率三者之间需满足的条件,并证明了在给定的条件下相应闭环系统的所有状态是全局一致最终有界的。
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