[发明专利]一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法。首先对具有事件触发机制、网络诱导时延、输出扰动和随机丢包的线性网络控制系统进行分析；引入伯努利随机变量分布和基于双通道数据备份的补偿方法，建立一种新的连续时间网络控制系统闭环模型；然后，基于设置的事件触发机制和备份通道的丢包补偿机制建立闭环系统的模型；对所述系统构造Lyapunov函数，完成系统稳定和丢包补偿的稳定性的鲁棒性能分析；最后，进一步设计带有丢包补偿控制器的参数矩阵和事件触发矩阵Φ，根据网络控制系统的输入到状态稳定的条件。本发明提出的控制器设计模型在控制输入更新时间间隔内可接收不少于一个控制输入，并根据优先级选择所需输入信号。

技术领域

本发明涉基于事件触发的网络控制系统领域，尤其涉及一种基于事件触发带有丢包补偿的线性网络系统控制器设计领域。

背景技术

网络控制系统(NCSs)作为一种空间分布系统，近年来受到了广泛的关注。控制系统中的结构，如传感器、控制器和执行器等组件通过有线或无线数字通信网络连接，使得控制系统更加智能与高效。在系统中引入数字网络会具有很多优点，如成本低，易于维护，灵活性强，重量轻，体积小；但是也不可避免的造成一些不确定性问题，如导致网络诱导时延和数据丢包等，这都降低了系统的性能，因此研究这类带有时延和丢包的网络控制系统具有重要意义。

许多不同的控制算法被提出来补偿不完美的通信，例如采样数据方法、时延相关方法、随机方法和混合系统方法等多种方法，在网络控制系统中，周期采样(或时间触发)被广泛应用，这种取样技术易于分析和实施，通常采样率需要很快足以保证闭环稳定性，导致网络传输的数据量，因此会导致网络拥塞。事件触发控制方案建议通过尽可能的减少采样次数，在这种采样策略中，只有当它与期望的控制目标或稳定性有关。

文献《基于事件时间驱动模式的网络控制系统稳定性分析》(罗磊等，国际控制杂志.2009年)利用指数估计方法建立了切换时滞系统模型的事件时间驱动模型。利用指数估计方法建立了切换时滞系统模型，但是由于其只考虑了网络传输时带来的时间延时对系统的影响，并未考虑可能出现的数据包丢失对系统数据传输带来的影响，使得网络控制系统的性能难以达到理想的控制效果。

文献《丢包网络控制系统的设计》(罗磊等，IEEE自动控制.2007年)针对系统传感器-控制器与控制器-执行器双通道中均存在数据包丢失的情况，建立了一种新的模型来表示满足马尔可夫过程和迟到分组的分组丢失情况，提出了一种具有受限分组丢失的网络控制系统的H∞控制器设计。但是由于其对时间延时进行了简化运算，所以会使得网络控制系统的性能受到一定的影响。

虽然现在已经很多有对于丢包和时延均存在的网络控制系统控制器设计的研究，但是这些研究都还可以进一步完善。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法，用以提高网络控制系统的传输稳定性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法，包括以下步骤：

1)对具有事件触发机制、网络诱导时延、输出扰动和随机丢包的线性网络控制系统，引入伯努利随机变量分布，采用双传输通道以备份通道的方式进行建模分析，建立该线性网络控制系统的系统模型；

2)设置事件触发条件，根据事件触发条件确定传感器的测量输出是否应该通过网络通道被传输至控制器；

3)建立传感器到控制器的数据备份传输通道，建立网络丢包补偿机制；

4)基于备份传输通道补偿的方式和事件触发机制模型建立闭环系统模型；

5)基于所述的闭环系统模型、事件触发机制、网络丢包补偿机制，根据网络控制系统的输入到状态稳定的条件，完成控制器设计；