[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

说明书

本发明涉及一种基于事件触发机制的网络化控制系统，首先建立网络化控制系统模型，然后设计合适的事件触发控制策略与编码和解码方案，设计局部控制器保证网络化控制系统具有有限增益L₂稳定性与输入前馈输出反馈无源性。本发明在触发条件满足时，待传递信息经量化编码后输出，保证网络化控制系统具有有限增益L₂稳定性与输入前馈输出反馈无源性；另外，基于参考输入及迟滞量化器的事件触发控制策略减少了信息的传递次数，保证了每次传递的信息具有较大的信息量，因而极大降低了网络负担，节省了通信资源；再有，通过局部控制器降低时延对网络化控制系统有限增益L₂稳定性与输入前馈输出反馈无源性的不利影响。

技术领域

本发明属于控制器设计领域，具体涉及一种基于事件触发机制的网络化控制系统和控制方法，并利用局部控制器降低时延对网络化控制系统性能的不利影响。

背景技术

随着网络技术、通信技术和计算机技术的迅猛发展，人类已经步入网络化新时代。网络化控制系统是被控对象、传感器、控制器与执行器之间通过网络进行信息交换的系统，广泛应用于工业控制、医疗、航空航天等领域。

网络化控制系统具有安装简便、易于维护、可靠性高、便于资源共享等优势，但也存在量化、时延等不确定因素。为网络化控制系统设计体现其真实需求的事件触发策略，对节约通信资源，实现网络化控制系统的镇定具有重要的意义。传统的时间触发策略决定信息传递时刻的依据是与上次传递时刻的时间间隔是否达到了预设的采样间隔。

由于时间触发策略不是以系统需求为导向的传输，容易出现在某些信号变化缓慢时过量采样，而在某些信号变化迅速时未能及时将信号的迅速变化传递给接收方的情况，导致通信资源占用过度或无法实现系统的理想性能。与时间触发策略不同，事件触发控制策略是以期望目标为导向确定信息传输时刻的控制方式。由于在事件未发生时不进行信息传输，事件触发控制减少了不必要的传输次数，降低了对通信资源的占用，节省通信资源与处理器资源。不同的事件触发控制策略对应不同的系统信息重要性分配方案，决定不同的信息传递时刻以及信息传输次数。如何在保证系统性能的同时尽可能减少信息传输次数以及如何在系统性能与信道占用之间做出权衡，成为设计事件触发策略的关键。

在实际系统中，考虑到网络带宽受限以及数字通信的要求，数据在通过网络进行传输之前通常需要通过量化器进行处理。由于网络带宽有限，传输的数据需要分时共享通信资源。此外，由于不同节点数据收发的时刻具有一定的随机性，可能出现多个节点同时发送数据的情况，从而导致数据需要排队等待传输。因而在网络化控制系统中不可避免地会出现网络诱导时延。量化与网络诱导时延的存在对网络化控制系统的性能造成不利影响，为网络化控制系统的分析带来严峻挑战。到目前为止，尚未出现基于参考输入及迟滞量化器结构的事件触发控制策略以及为降低时延带来的不利影响对局部控制器的设计。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供基于参考输入及迟滞量化器的事件触发控制策略和为降低时延带来的不利影响的局部量化器，避免网路化控制系统发生抖振现象，并在节约通信资源的情况下保证网络化控制系统的有限增益L₂稳定性与输入前馈输出反馈无源性的一种基于事件触发机制的网络化控制系统。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

一种基于事件触发机制的网络化控制系统，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；