[發明專利]一種基于事件觸發的網絡控制系統控制器設計方法

有效

• 申請號: 202011118574.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112327616B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 王天寶;孫明鑫
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于事件觸發的網絡控制系統控制器設計方法。首先對具有事件觸發機制、網絡誘導時延、輸出擾動和隨機丟包的線性網絡控制系統進行分析；引入伯努利隨機變量分布和基于雙通道數據備份的補償方法，建立一種新的連續時間網絡控制系統閉環模型；然后，基于設置的事件觸發機制和備份通道的丟包補償機制建立閉環系統的模型；對所述系統構造Lyapunov函數，完成系統穩定和丟包補償的穩定性的魯棒性能分析；最后，進一步設計帶有丟包補償控制器的參數矩陣和事件觸發矩陣Φ，根據網絡控制系統的輸入到狀態穩定的條件。本發明提出的控制器設計模型在控制輸入更新時間間隔內可接收不少于一個控制輸入，并根據優先級選擇所需輸入信號。

技術領域

本發明涉基于事件觸發的網絡控制系統領域，尤其涉及一種基于事件觸發帶有丟包補償的線性網絡系統控制器設計領域。

背景技術

網絡控制系統(NCSs)作為一種空間分布系統，近年來受到了廣泛的關注。控制系統中的結構，如傳感器、控制器和執行器等組件通過有線或無線數字通信網絡連接，使得控制系統更加智能與高效。在系統中引入數字網絡會具有很多優點，如成本低，易于維護，靈活性強，重量輕，體積小；但是也不可避免的造成一些不確定性問題，如導致網絡誘導時延和數據丟包等，這都降低了系統的性能，因此研究這類帶有時延和丟包的網絡控制系統具有重要意義。

許多不同的控制算法被提出來補償不完美的通信，例如采樣數據方法、時延相關方法、隨機方法和混合系統方法等多種方法，在網絡控制系統中，周期采樣(或時間觸發)被廣泛應用，這種取樣技術易于分析和實施，通常采樣率需要很快足以保證閉環穩定性，導致網絡傳輸的數據量，因此會導致網絡擁塞。事件觸發控制方案建議通過盡可能的減少采樣次數，在這種采樣策略中，只有當它與期望的控制目標或穩定性有關。

文獻《基于事件時間驅動模式的網絡控制系統穩定性分析》(羅磊等，國際控制雜志.2009年)利用指數估計方法建立了切換時滯系統模型的事件時間驅動模型。利用指數估計方法建立了切換時滯系統模型，但是由于其只考慮了網絡傳輸時帶來的時間延時對系統的影響，并未考慮可能出現的數據包丟失對系統數據傳輸帶來的影響，使得網絡控制系統的性能難以達到理想的控制效果。

文獻《丟包網絡控制系統的設計》(羅磊等，IEEE自動控制.2007年)針對系統傳感器-控制器與控制器-執行器雙通道中均存在數據包丟失的情況，建立了一種新的模型來表示滿足馬爾可夫過程和遲到分組的分組丟失情況，提出了一種具有受限分組丟失的網絡控制系統的H∞控制器設計。但是由于其對時間延時進行了簡化運算，所以會使得網絡控制系統的性能受到一定的影響。

雖然現在已經很多有對于丟包和時延均存在的網絡控制系統控制器設計的研究，但是這些研究都還可以進一步完善。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于事件觸發的網絡控制系統控制器設計方法，用以提高網絡控制系統的傳輸穩定性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于事件觸發的網絡控制系統控制器設計方法，包括以下步驟：

1)對具有事件觸發機制、網絡誘導時延、輸出擾動和隨機丟包的線性網絡控制系統，引入伯努利隨機變量分布，采用雙傳輸通道以備份通道的方式進行建模分析，建立該線性網絡控制系統的系統模型；

2)設置事件觸發條件，根據事件觸發條件確定傳感器的測量輸出是否應該通過網絡通道被傳輸至控制器；

3)建立傳感器到控制器的數據備份傳輸通道，建立網絡丟包補償機制；

4)基于備份傳輸通道補償的方式和事件觸發機制模型建立閉環系統模型；

5)基于所述的閉環系統模型、事件觸發機制、網絡丟包補償機制，根據網絡控制系統的輸入到狀態穩定的條件，完成控制器設計；