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基于事件驱动策略的鲁棒镇定问题的分析与综合开题报告

 2022-01-25 10:01  

全文总字数:9173字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的: 1.调查研究基于事件驱动策略的发展概况及趋势。

2.调查研究滑模控制的发展概况及趋势。

3.熟悉掌握Matlab软件的应用与编程方法。

4.采用Matlab软件设计系统状态空间表达式和控制算法。

5.采用Matlab软件设计系统的事件驱动滑模控制器,使系统得到较好的结果。

6.结合Matlab软件仿真实验,得到滑模控制的最优参数方法并总结。

7.按任务书要求和毕业设计要求做好论文。

研究意义: 时间触发控制要求处理器必须定期执行和更新控制任务,而不管状态演变如何。然而,当系统的状态没有显着变化时,以周期性方式更新控制没有任何意义,只会造成不必要的浪费。而事件触发控制可以保证嵌入式控制系统中的最佳资源利用率,处理器时间的有效性,甚至使系统具有成本效益。基于事件触发的控制在许多领域都非常重要,如网络控制系统,通信系统,以及在许多其他实时控制实现领域中。同时滑模控制器具有完全干扰抑制的优点,这是其他控制技术无法实现的。在滑动过程中,系统在降阶流形上演变,使系统完全无干扰。在毕业设计中我们将讨论存在干扰时线性系统的基于事件技术的滑模控制问题,并将表明闭环系统关于测量误差稳定。进一步,我们将采用严格规范的数学表达给出控制律更新的最小执行时间,给工程实践提供指导意义。

国内外研究现状

2.1事件触发机制的研究现状:

国内:虽然事件触发机制发展时间较短,但是国内学者并不吝啬对它的研究。文献[3] 将事件触发与倒立摆系统相结合验证了事件触发的可行性与实用性。文献[4] 将事件触发与二阶多智能体系统相结合,给出多智能体系统达到领导跟随一致性的充分条件。文献[5]将事件触发与具有随机执行器故障的网络化T-S模糊系统相结合,得到了闭环T-S系统较小保守性的渐近稳定条件和相应的容错控制器的设计方法。文献[6]将事件触发与多区域电力系统相结合,研究出自适应事件触发H-infinity LFC方案,不仅可以动态调整事件触发阈值,还能节省更多有限的网络资源,同时保持所需的控制性能。文献[7]将事件触发与具有单个量化器的网络化控制系统相结合,证明了事件触发机制能有效地减少不必要的资源浪费。文献[8]将事件触发与线性时不变系统相结合,提出了一种新的动态事件触发控制方案,导出了保证渐近稳定性和L-2稳定性的标准。

国外:事件触发机制自1962年由Dorf等人[1]首次提出来,从此许多学者投入到事件触发机制的研究中。近几年来学者们对事件触发的研究也不曾停息,文献[9] 将周期性事件触发采样和双速率控制技术集成在无线网络控制系统中,与传统的时间触发采样相比,本文的控制解决方案能够显着降低网络利用率,同时保持令人满意的控制性能。文献[10]引入可靠的事件触发通信方案,提出了一种T-S模糊系统的异步前提重建方法。文献[11] 为了在有限的通信资源下控制交换系统,考虑了动态输出反馈控制器和周期性事件触发机制的协同设计问题。文献[12] 为了缩小网络资源的处理, 提出事件触发控制策略来实现同步标准,获得了确保渐近同步的一些充分条件。文献[13]研究了基于局部L-2型性能准则的非线性事件控制系统中的性能保持事件设计。针对嵌入式和网络化控制系统中时变处理器可用性和有损通信信道问题,Dang, T.V. 等人[14]基于Markov跳跃系统为E-SAC(基于事件触发序列的实时控制)开发了通用模型和新的稳定性分析。

与事件触发有关的研究还有很多,在此不一一列举。但是从上述研究中我们可以看出事件触发的在资源节约方面的优越性。

2.2滑模控制的研究现状:

国内: 关于滑模控制,中国学者已经做了许多研究。近年来,广度上,学者们将滑模控制应用于各种实际工程系统,例如制导[27], 高超声速飞行器[28], 车辆跟随系统[25],空间机械臂[26],无人机[29],电液伺服泵[23],飞行控制[30],欠驱动船舶[31],等等。深度上,基于滑模控制研究出不同方法处理不同问题。例如文献[21]针对摩擦非线性的扰动抑制和输出反馈控制问题,提出一种高阶滑模扩张状态观测器。文献[22]针对一类线性时变系统的控制问题, 提出一种基于扩张状态观测器的自学习滑模控制方法。文献[20]针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题, 提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法。文献[24]基于自适应重复学习方法,提出了一种自适应神经网络滑模控制器,并应用于不确定分数阶混沌系统。

国外:滑模变结构控制,出现于20世纪中叶,最早由前苏联学者提出[15],直至今日已经发展得很成熟了。文献[16]开发了一类非线性自适应滑模控制器,保证了误差系统的渐近稳定性,使所有混沌系统能够相互同步。文献[17]研究了利用非递归高阶滑模观测器的有限和固定建立的时间微分器。针对一类具有匹配和不匹配不确定性的非线性不确定系统的跟踪问题,Mobayen,S.等人[18]研究了一类基于线性矩阵不等式(LMI)的二阶快速终端滑模控制技术。文献[19]研究了基于滑模控制的非线性函数中具有时变时滞的主从马尔可夫切换复杂动态网络的同步问题。

由上述文献,我们不免看出滑模控制因其固有的鲁棒性和抗干扰能力而受到广大学者的热爱。

2.3将事件触发和滑模控制相结合的研究现状

国内:最近,将事件触发和滑模控制相结合这个策略因其可以最佳地利用可用资源而引起了学者们的注意,文献[32]针对多能源电力系统,将基于事件触发的滑模控制推广到负荷频率控制中。文献[33]针对离散奇异系统,研究了基于事件触发的离散滑模控制,构造了一种新的离散时间事件触发滑模控制律。文献[34]为了解决多区域互联电力系统中的负载频率控制问题,提出了一种新的事件触发滑模控制算法。

国外:文献[35]通过事件触发方案使用滑模控制解决了受外部干扰影响的一类非线性系统的鲁棒镇定问题。文献[36] 针对线性时不变系统提出了基于周期事件触发的滑模控制设计。文献[37]讨论了存在干扰时线性系统的基于事件的滑模控制问题,表明闭环系统关于测量误差稳定,得到了最小控制执行时间的表达式。文献[38]针对一类不确定的Euler-Lagrange(EL)系统,使用基于事件触发的滑模策略,提出了鲁棒轨迹跟踪控制策略。文献[39]提出了SMC(事件触发的滑模控制)的全局事件触发实现。文献[40]为了应对连续搅拌釜反应器的二阶复杂的非线性动力学特性,提出了事件驱动的滑动模式控制。为了解决广泛的有线和无线用户对带限无线电频谱造成的沉重的负担,Majumder, T.等人[41]提出了一种基于事件触发滑动模式的认知无线电网络的鲁棒非线性拥塞控制器的设计。

2. 研究的基本内容

首先介绍事件驱动策略,滑模控制的发展概况。其次,研究线性时不变系统的鲁棒镇定问题的事件驱动滑模控制。根据滑动流形附近滑模的触发方案和精度导出滑模存在的充分条件;对于实时应用,导出帧间执行时间;给出闭环系统测量误差的有界稳定性,其中界的大小依赖于事件执行条件。然后采用Matlab软件设计系统状态空间表达式,控制算法,事件驱动滑模控制器,使系统得到较好的结果。最后结合Matlab软件仿真实验,得到滑模控制的最优参数方法并总结。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案:通过用matlab实现系统仿真控制,讨论线性时不变系统的鲁棒镇定问题的滑模控制。采用matlab软件设计系统状态空间表达式,控制算法及系统的事件驱动滑模控制器,使系统得到较好的结果。最后结合matlab软件仿真实验,得到滑模控制的最优参数方法并总结。

进度:

1.2018年12月20号前完成任务书、开题报告提交。2.到2019年2月底完成研究需求的确认,围绕课题收集有关的资料,查阅有关的文献及技术参数,收集有关的数据,并对研究的实际需求和目标进行可行性分析。3.2019年3月初完成介绍使用滑模控制算法的鲁棒稳定问题和基于事件触发的实现。

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4. 参考文献

[1] dorf r c,farren m, phillips c. adaptive sampling frequency for sampled-data control systems[j]. ire transactions on automatic control, 1962, 7(1): 38-47.

[2] liu t, jiangz p. event-based nonlinear control: from centralized to decentralizedsystems[c]. proc of the 2015 ieee icia. ljiangiee, 2015: 690-695.

[3] 于灏, 欧阳利, 郝飞. 事件触发控制在倒立摆系统中的仿真与实验[j]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(10): 2107-2117.

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