[发明专利]一种基于事件触发机制的网络化控制系统和控制方法

权利要求书

1.一种基于事件触发机制的网络化控制系统，其特征在于：所述控制系统包括被控对象和控制器，被控对象输入端通过零阶保持器、解码器、编码器和触发器与控制器输出端连接，控制器输入端通过零阶保持器、解码器、编码器和触发器与被控对象输出端连接，其特征在于：

所述被控对象输入端处的第一零阶保持器和解码器之间设置有局部控制器LCP₂，控制器输出端连接一个迟滞量化器的一端，该一个迟滞量化器的另一端与控制器输出端连接的触发器连接；

所述控制器输入端处的第二零阶保持器和解码器之间设置有局部控制器LCC，被控对象输出端连接另一个迟滞量化器的一端，该另一个迟滞量化器的另一端与被控对象输出端连接的触发器连接；

所述控制器输入端处的编码器和被控对象输出处的触发器之间连接局部控制器LCP₁的一端，该局部控制器LCP₁的另一端连接第三零阶保持器的一端，该零阶保持器的另一端与被控对象输入端连接；

所述控制系统的控制方法包括以下步骤：

⑴设定

①建立非线性被控对象、控制器与网络化控制系统模型

H_p:

H_c:

H:

其中，为被控对象的状态、测量输出、输入；

为控制器的状态、测量输出、输入；

分别为网络化控制系统的参考输入、状态及测量输出；

f_p(·,·)，h_p(·,·)，f_c(·,·)，h_c(·,·)，f(·,·)，h(·,·)分别为相应的非线性函数；

②在控制器输入端存在扰动

||w(t)||₂≤Δ_w＝δ_w(t)u(t)

其中，||·||是Euclid范数，

③被控对象和控制器均为输入前馈输出反馈无源且输入前馈和输出反馈的指标分别为a_p，b_p和a_c，b_c；

④d_p(t_k)，d_c(τ_j)分别为被控对象到控制器信道和控制器到被控对象信道在触发时刻t_k和τ_j的时变时延，满足：

其中，和分别为被控对象到控制器信道和控制器到被控对象信道上的最大时延变化率；

⑤基于均匀量化器构建如下迟滞量化器

（ 5 ）

其中，是非负整数，Δ为最大量化误差；

⑵将量化水平的跳变时刻作为触发时刻，被控对象输出端基于参考输入及迟滞量化器的事件触发控制策略：

（ 6 ）

其中，t_k为被控对象输出端的触发时刻；为被控对象输出端对应的具有步骤⑤形式的迟滞量化器；Δ_p＝δ_p(t)u(t)为最大量化误差；为迟滞量化器参数；u(t)为网络化控制系统的参考输入；

控制器输出端基于参考输入及迟滞量化器的事件触发控制策略:

（ 7 ）

其中，τ_j为控制器输出端的触发时刻；为控制器输出端具有式(5)形式的迟滞量化器；Δ_c＝δ_c(t)u(t)为量化误差；为迟滞量化器参数；u(t)为网络化控制系统的参考输入；

当事件触发控制策略(6)满足时，被控对象的输出会被采样，并将其值编码后通过信道进行传递；否则不进行信息传递；

当事件触发控制策略(7)满足时，控制器的输出会被采样，并将其值编码后通过信道进行传递；否则不进行信息传递；

⑶解码方案

①在触发时刻t_k，设计被控对象输出y_p(t_k)对应的传输码字

其中，为首次触发需要的传输码字；为触发时刻t_k+1时需要的传输码字；

鉴于被控对象输出端的信道中存在时延d_p(t)，依据传输码字设计如下解码方案

其中，为首次解码的解码方案；为第k+1次解码的解码方案；

②在触发时刻τ_j，设计控制器输出y_c(τ_j)对应的传输码字

其中，为首次触发需要的传输码字；为触发时刻τ_j+1时需要的传输码字；

鉴于控制器输出端的信道中存在时延d_c(t)，依据传输码字设计解码方案

其中，为首次解码的解码方案；为第j+1次解码的解码方案；

⑷被控对象和控制器的输出变化率有限，设定存在满足

由于y_p(t)和y_c(t)的变化率有限，被控对象的触发时间间隔ΔT_p[k+1]和控制器输出端的触发时间间隔ΔT_c[j+1]分别为

其中，ΔT_p[k+1]和ΔT_c[j+1]分别为被控对象和控制器输出端的量化器参数；

⑸局部控制器

其中，c、p₁、p₂分别为局部控制器LCC、LCP₁、LCP₂的控制增益；

⑹构建的存储函数与和参考输入u(t)之间的关系

由于控制器满足输入前馈输出反馈无源性且输入前馈与输出反馈的指标分别为a_c与b_c，若存在常数b₁，使得且局部控制器参数c，p₁和p₂满足：则在基于参考输入及迟滞量化器的事件触发控制策略的作用下，输入为输出为的满足其中，V_c(t)为控制器的存储函数；参数分别为

⑺控制系统H具有有限增益L₂稳定性的充分条件

若存在a₁，当满足且且时，输入为u(t)、输出为y_p(t)的控制系统是有限增益L₂稳定的；

⑻当步骤⑹和步骤⑺中的条件均成立时，控制系统满足

其中，令则输入前馈指标a和输出反馈指标b满足

2.根据权利要求1所述的一种基于事件触发机制的网络化控制系统的控制方法，其特征在于：所述一个迟滞量化器和另一个迟滞量化器的功能是将输入信号量化后输出。