网络化系统综合事件触发的间断连续状态观测器设计

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong546
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在网络化系统中,相比于传统的周期时间触发网络数据传输机制,非周期的事件触发传输机制带来了如节约网络带宽,延长传感器使用寿命,增强传输信息安全等优势,成为了当前的研究热点之一。目前,相比于事件触发控制问题,对于事件触发观测问题的研究还相对较少,且存在以下不足:一,对于观测器结构而言,间断连续混杂结构的观测器更适用于采样数据系统,然而目前对于混杂观测器的研究,大多基于周期采样的系统输出,缺乏对事件触发混杂观测器的研究;二,对于事件触发机制而言,目前较为广泛使用的基于误差的传统事件触发机制,不论被控对象,或观测器,或网络条件如何变化,其形式总是固定或相似的,且在判别是否执行传输任务时,利用的系统实时信息也是不变的(通常为系统输出数据),因此在理论设计中具有一定的保守性;三,对于事件触发观测器而言,目前有基于各类系统的相关研究,然而,基于非线性状态仿射系统,其混杂观测器的设计目前大多利用周期时间触发传输机制,而缺乏基于事件触发传输机制的混杂观测器研究。基于上述考虑,为弥补已有结果的不足,有必要研究如何基于采样数据系统,设计一类事件触发混杂观测器,并对现有的传统事件触发机制进行改进,设计一类形式更为灵活的,可以利用更加丰富的系统实时信息的,保守性更低的事件触发机制,且将结果推广至非线性状态仿射系统下。基于此,本着由简至难的基本思路,本文的主要研究内容可概括如下:(1)针对具有非周期采样延时输出的线性系统的观测问题,结合传统的事件触发网络数据传输机制技术,提出了一类事件触发间断连续混杂状态观测器设计。首先,采用事件触发条件的周期检测方式,利用传统的事件触发网络数据传输机制以及降阶离散时间龙伯格观测器技术,建立了事件触发降阶离散时间龙伯格观测器模型,实现了由非周期采样延时输出,观测出周期采样延时的状态估计值;其次,利用线性间断连续系统技术,进行重构计算设计,实现了由周期采样延时的状态估计值,重构出连续时间无延时的状态估计值;再次,基于提出的事件触发间断连续混杂观测系统模型,研究了其稳定性分析问题;最后,通过与李亚普诺夫-克拉索夫斯基观测器进行仿真比较,验证了提出方法的有效性和优越性。(2)针对事件触发网络数据传输机制的设计问题,考虑具有非周期采样延时的线性网络化观测系统,对传统的事件触发网络数据传输机制进行改进,提出一类基于系统(观测)性能的事件触发网络数据传输机制。针对线性系统,分两种情况研究了其基于系统性能的事件触发间断连续观测器的设计。第一,仅考虑非周期采样问题:利用线性矩阵不等式技术,提出一类新的基于系统性能的事件触发网络数据传输机制,同时利用高增益观测器技术和重置预测器技术,建立事件触发间断连续混杂观测器模型,并得到使其全局指数收敛的充分条件;第二,同时考虑非周期采样和延时问题:对上一种仅考虑非周期采样问题的情形进行改进,拓展研究了延时存在情形下的基于系统性能的事件触发机制设计,提出事件触发间断连续混杂观测器模型,并得到使其全局渐近收敛的充分条件。利用基于Wirtinger的不等式(Wirtinger-based inequality)技术,实现了非常微小的过估计,从而得到了低保守性的稳定性条件。此外,还拓展研究了观测器和事件触发机制的联合设计问题。对于以上两种情况,均通过仿真验证了其有效性。此外,对于同时考虑非周期采样和延时问题的情形,还通过与周期时间触发机制以及传统事件触发机制的仿真比较,验证了提出的基于系统性能的事件触发机制的优越性。(3)针对具有非周期采样延时输出的非线性状态仿射系统的观测问题,提出了基于系统性能的事件触发混杂观测器研究理论。针对非线性状态仿射系统,同样分两种情况研究了其基于系统性能的事件触发间断连续观测器的设计。第一,仅考虑非周期采样问题:针对特殊的非线性状态仿射系统,提出另一类形式的基于系统性能的事件触发传输机制,同样再利用高增益观测器技术和重置预测器技术,建立事件触发间断连续混杂观测器模型,并得到使其全局指数收敛的充分条件;第二,同时考虑非周期采样和延时问题:对上一种仅考虑非周期采样问题的情形进行了改进,拓展研究了延时存在情形下的基于系统性能的事件触发机制设计,提出事件触发间断连续混杂观测器模型,并得到使其全局指数收敛的充分条件。同时,对上一种情况中采用的事件触发条件的连续检测方式进行改进,采用了周期检测方式,从而提出了周期的基于系统性能的事件触发网络数据传输机制。对于以上两种情况,均通过和相关文献的仿真比较,验证了其有效性和优越性。此外,还将第一种情况下的方法简化应用到线性系统,通过仿真研究,与第(2)点中基于线性系统,且利用线性矩阵不等式所设计的基于系统性能的事件触发机制进行比较,分别从保守性和应用广泛性两个角度说明了各自的优缺点。
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