[發明專利]一種模態依賴的網絡化Markov跳變系統狀態反饋控制器設計方法

有效

• 申請號: 202010086407.6
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111290268B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 王燕鋒;全立地;錢懿
• 申請（專利權）人: 宿遷學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 王健

本發明提出了一種模態依賴的網絡化Markov跳變系統狀態反饋控制器設計方法。本發明把傳感器至控制器時延及控制器至執行器時延分別建模為兩個獨立的Markov鏈，提出了不但依賴于傳感器至控制器時延而且依賴于控制器端系統模態的狀態反饋控制器；然后建立了閉環系統數學模型，并給出了閉環系統隨機穩定的充分條件及控制器增益矩陣的求解方法；所設計的模態依賴的控制器比非模態依賴的控制器具有更好的性能。

技術領域

本發明涉及網絡控制系統設計領域，尤其涉及一種模態依賴的網絡化Markov跳變系統的狀態反饋控制器設計方法。

技術背景

網絡控制系統(networked control system，NCS)具有易診斷、易擴展及成本低等優點，被廣泛應用于環境監測、工業控制、遠程醫療等領域。然而由于網絡的引入，數據在傳輸的過程中不可避免地產生時延的現象，使得控制系統性能降低甚至可能導致系統不穩定。

NCS的時延包括存在于傳感器和控制器之間(sensor to controller,S/C)的時延及存在于控制器至執行器之間(controller to sensor,C/A)的時延。如何對S/C時延及C/A時延進行NCS 的控制器設計得到了關注并出現了大量的研究成果。目前關于網絡化Markov跳變系統的模態依賴的控制器設計問題還不完善，需要進一步研究。

現有技術存在的問題是：

(1)現有技術多數只針對線性被控對象設計了控制器，對Markov跳變被控對象進行控制器設計的研究較少；

(2)現有技術所設計的控制器多數是模態獨立的，缺少同時依賴于時延和系統模態的狀態反饋控制器設計方法；

(3)現有技術多數假設轉移概率是已知的，如何在時延和系統模態的轉移概率矩陣均部分未知的條件下設計控制器需要進一步研究。

解決上述技術問題的意義：

對于網絡化Markov跳變系統，在時延和系統模態的轉移概率矩陣均部分未知的條件下設計出同時依賴于時延和系統模態的狀態反饋控制器，對于減小結論的保守性，提高閉環系統的性能具有重要的理論和實際應用意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明對于提供了一種面向網絡化Markov跳變系統的同時依賴于時延和系統模態的狀態反饋控制器方法，該方法具體的步驟包括：

第一步，利用兩個獨立的Markov鏈分別描述S/C網絡時延τ_k及C/A網絡時延γ_k，設計依賴于S/C時延τ_k和控制器端系統模態的狀態反饋控制器并建立閉環系統模型；

第二步，在時延τ_k轉移概率矩陣Ξ和控制器端系統模態多步轉移概率矩陣均存在部分未知元素的條件下，給出閉環系統隨機穩定的條件；

第三步，給出依賴于S/C時延τ_k和控制器端系統模態的狀態反饋控制器增益矩陣的求解算法。

2、作為一種優選方案：在第一步中：S/C時延τ_k及C/A時延γ_k分別在集合M＝{0,…,τ}， N＝{0,…,γ}中取值，τ_k的轉移概率矩陣為Ξ＝[ω_ij]，ω_ij＝Pr{τ_k+1＝j|τ_k＝i}，ω_ij≥0， i,j∈M；γ_k的轉移概率矩陣分別為Π＝[π_rs]，π_rs＝Pr{γ_k+1＝s|γ_k＝r}，π_rs≥0， r,s∈N；

被控對象為Markov跳變系統，其狀態方程為：