[發明專利]一種線性切換系統輸出反饋控制器設計方法

在審

• 申請號: 201811435370.2
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN110032065A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 王一晶;賈宗顯;左志強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種線性切換系統輸出反饋控制器設計方法，步驟(1)、對需設計的一類被激活的線性切換系統的被控對象狀態進行建模；步驟(2)、對需設計的動態輸出反饋控制器的輸出進行建模；步驟(3)、定義被控對象和動態輸出反饋控制器的動態事件觸發條件；步驟(4)、設計線性切換系統的切換律，步驟(5)、對于切換系統，設計條件；步驟(6)、給出傳感器?控制器信道最小觸發時間間隔τ_p和控制器?執行器信道最小觸發時間間隔τ_c。與現有技術相比，利用本發明方法設計的線性切換系統輸出反饋控制器保證了閉環系統的穩定性；且進一步減少觸發次數，從而更有效的節約網絡資源。

技術領域

本發明屬于控制器設計領域，特別是涉及一種基于動態事件觸發機制設計的切換系統輸出反饋控制器。

背景技術

近年來，切換系統已廣泛應用于交通系統、化學生產、電力系統、飛行器控制系統以及網絡控制等工業過程的系統建模和分析研究中，其重要的理論價值和實際意義吸引了越來越多的學者對其進行研究。另外，許多實際控制系統的狀態往往是不可測的，這時候就無法采用狀態反饋的方法來進行控制器設計，為了能夠鎮定系統，必須采用更加實際的輸出反饋控制器。

現代社會網絡控制系統的應用逐漸增多，網絡傳輸越來越廣泛，無線傳輸信息可以有效地減少系統間連線、節約成本、實現信息資源的共享。隨著數據量的爆發式增長，而網絡帶寬有一定的限制，因而產生了諸如網絡擁堵、數據丟包、傳輸延遲等問題。在傳統的網絡控制中，一般采用固定周期采樣的方式進行控制，這種周期性采樣并傳輸數據的方法簡單易行，但會導致許多不必要的采樣發生，從而造成網絡資源的浪費、增加采樣成本。因而人們提出了事件觸發控制，在保證系統特定性能的前提下減少采樣次數，即當系統的狀態或輸出滿足一定的條件時，才進行數據的采樣和傳輸。與傳統周期采樣的控制方法相比，事件觸發方法只需要在當前值與上一時刻采樣值的誤差超過一定范圍時才進行采樣傳輸，因此可以極大地減少采樣傳輸次數。除了可以節省網絡資源以外，由于控制器端只需要在接收到采樣值時才進行計算并更新輸出，因此也減少了對控制器端CPU資源的占用，提高了系統的處理能力，降低了執行器的更新頻率，有助于減少執行器磨損，提高執行器壽命。而本發明所采用的動態事件觸發條件相比于之前的靜態觸發條件，保守性更小，能在一定程度上更有效的減少觸發次數，節約資源。最近，在靜態觸發條件的基礎上又有學者提出了動態觸發條件，相比于靜態條件，它的保守性更小，也能在更大程度上節約網絡資源。從另一個角度來講，靜態觸發條件是一類特殊的動態事件觸發條件。

雖然目前已經有大量關于事件觸發控制策略的研究工作，但到尚未出現基于動態事件觸發策略的線性切換系統輸出反饋控制器的設計。因此，基于動態事件觸發策略的線性切換系統輸出反饋控制器設計研究具有很強的理論價值與現實意義。

發明內容

為了減少信號的采樣次數，有效地節約網絡資源，本發明提出一種線性切換系統輸出反饋控制器設計方法，實現了一種基于動態事件觸發機制來設計線性切換系統的輸出反饋控制器，不需要被控對象的狀態信息，保證了閉環系統的穩定性。

本發明的一種基于動態事件觸發策略的線性切換系統輸出反饋控制器設計方法，包括以下步驟：

步驟1、對需設計的一類被激活的采用動態輸出事件觸發控制的線性切換系統的被控對象狀態進行建模，公式如下：

其中，表示n維被控對象狀態向量，表示m維控制輸入向量，表示l維被控對象輸出向量，為被控對象狀態向量、被控對象輸出向量的一階導數，和C_ip∈R^l×n為常數矩陣，i∈{1,...,N}表示被激活的線性切換系統中子系統的個數，t表示時間；

步驟2、對需設計的動態輸出反饋控制器的輸出進行建模，公式如下：