● 摘要
以通信网络下的多车协同控制系统为背景,研究了网络控制系统的稳定性问题。提出了由非理想网络通信通道、传感器分辨率限制或控制系统结构等因素导致的有限信息下的单输入网络控制系统的可稳判断依据以及反馈策略和控制器的设计方法。
利用二次稳定闭环系统的控制李雅普诺夫函数单调减少,在假设离散系统每一步的状态向量均有可能在最差方向的基础上,选取令李雅普诺夫函数减少最快的控制器方向,得到单输入控制系统反馈的最粗糙量化区间的集合所满足的对数形式。定义了量化密度,得到了使用对数量化反馈和对数控制器下,控制系统二次稳定的Riccati不等式形式的等价条件。利用Schur补和二次系统的凸特性,将Riccati不等式转化为矩阵线性不等式形式。得到利用矩阵线性不等式的可行性获得控制系统反馈信息的最粗糙量化密度,并设计不同量化密度下的控制器的方法。
针对不可靠通信通道数据包丢失的现象,利用伯努利过程模拟下一时刻数据包丢失概率与当前数据包到达状态无关的情况,在线性矩阵不等式的方法中加入了数据包丢失的定义;利用马尔可夫过程模拟其相关的情况,并进一步得到了利用线性矩阵不等式组的针对 马尔可夫跳变线性系统的量化系统稳定性结论。Furuta倒立摆在竖直不稳定平衡点镇定的数值实验,将控制算法应用于非线性仿真系统和实验室实际系统中,并给出了结果的对比分析,同时验证了本方法的有效性。
在实际控制系统有限编码字长的要求下,基于控制系统的实用稳定,研究了反馈信息的截断。基于网络控制系统通信通道质量与系统不稳定模态间的关系,分析了数据包丢失在伯努利过程和马尔可夫过程下的控制系统的稳定性。利用伯努利过程下,单输入控制系统实用可稳的死区的充分条件,得到了静态量化下控制系统实用可稳的截断上界需满足的必要条件。控制系统在有限带宽不可靠通信通道下稳定的数值实验验证了这一结论。
搭建了网络控制实验平台,分别针对不稳定车辆和稳定车辆组成的车辆队列,设计了多车分布式控制系统的纵向镇定实验,验证了本文算法。
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