專利名稱：一種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，尤其是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制方法，具體地，涉及對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和交叉滲透，使得現(xiàn)代控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，越來越多的控制系統(tǒng)采用分布式控制的方式?？刂迫蝿?wù)通過有線或無線通信線路來傳遞被稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems, NCSs) NC^s是控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)交叉融合的產(chǎn)物，是復(fù)雜大系統(tǒng)控制和遠(yuǎn)程控制的客觀需求，它可以應(yīng)用于幾乎任何帶有控制器的分布設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的場(chǎng)合，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化、節(jié)點(diǎn)智能化的發(fā)展趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連的控制系統(tǒng)相比，NCk具有以下優(yōu)點(diǎn)1)成本低；2)連接線數(shù)、重量、能耗大大減少；3)系統(tǒng)高效、 可靠性高；4)系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；5)易于安裝維護(hù)、便于進(jìn)行故障診斷；6)信息資源共享等。這些優(yōu)點(diǎn)使得NCk在工業(yè)自動(dòng)化、智能交通、機(jī)器人、航空航天、國(guó)防等實(shí)時(shí)分布式控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)NC^s的研究是當(dāng)前控制理論研究的重要內(nèi)容，也已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)問題之一?？梢灶A(yù)計(jì)，未來的幾十年中，網(wǎng)絡(luò)控制必將深刻地影響和推動(dòng)著控制理論及其應(yīng)用的發(fā)展。從理論上說，網(wǎng)絡(luò)控制必將大大推動(dòng)已見端倪的復(fù)雜系統(tǒng)控制理論的發(fā)展。從應(yīng)用上說，提供各種復(fù)雜信息處理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大量涌現(xiàn)，必將大大推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、國(guó)防等各領(lǐng)域的信息化應(yīng)用，促進(jìn)國(guó)家的“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”的發(fā)展。由于NCk中通信網(wǎng)絡(luò)的引入，并且受有限網(wǎng)絡(luò)通信帶寬、承載能力和服務(wù)能力的限制，連接到網(wǎng)絡(luò)的很多設(shè)備都要發(fā)送信息，信息的傳送要分時(shí)占用網(wǎng)絡(luò)通信線路，這必然造成信息的擁塞、沖撞、重傳等現(xiàn)象發(fā)生，使得信息在傳輸過程中不可避免地帶來諸多挑戰(zhàn)性的新問題不確定網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯、數(shù)據(jù)丟包、多包傳輸、抖動(dòng)、時(shí)鐘異步等。我們需要知道在已知部分信息的情況下如何完成對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制？或者我們?cè)跐M足網(wǎng)絡(luò)一定性能的時(shí)候所需要的最小信息是多少？在NC^s的建模方面，人們?cè)诂F(xiàn)有技術(shù)中，研究了具有時(shí)變時(shí)延的NC^s，針對(duì)具有周期性時(shí)延特性的網(wǎng)絡(luò)提出了增廣狀態(tài)確定性離散時(shí)間的NC^s模型；還研究了基于確定性預(yù)報(bào)器的時(shí)延補(bǔ)償問題，通過采用緩沖的方法，將基于網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)控制系統(tǒng)變成為一個(gè)線性時(shí)不變離散控制系統(tǒng)，使得NC^s的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為一般的數(shù)據(jù)采樣控制問題；也有人考慮了連續(xù)對(duì)象和連續(xù)控制器，控制器和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式，將網(wǎng)絡(luò)時(shí)延當(dāng)成閉環(huán)系統(tǒng)的誤差來考慮，建立了 NC^s連續(xù)時(shí)間數(shù)學(xué)模型；在離散時(shí)域框架內(nèi)研究了具有獨(dú)立隨機(jī)分布特性和馬爾可夫特性的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延下離散時(shí)間NC^s WLQG最優(yōu)控制問題，提出了最優(yōu)隨機(jī)控制方法，并將網(wǎng)絡(luò)時(shí)延分類為定常型、獨(dú)立隨機(jī)型和馬爾可夫鏈的隨機(jī)型，建立了各種網(wǎng)絡(luò)時(shí)延情形下的模型，還有人也以最優(yōu)隨機(jī)控制方法建立了隨機(jī)長(zhǎng)時(shí)滯的情況下的NC^s模型；還有人研究的是連續(xù)被控對(duì)象和離散控制器的NC^s，利用NC^s的增廣狀態(tài)模型，從多個(gè)角度對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，利用狀態(tài)增廣向量法，分別對(duì)時(shí)延小于和大于采樣周期情形進(jìn)行了建模，得到了離散增廣NC^s模型，并提出了時(shí)延補(bǔ)償?shù)姆桨浮?但上述內(nèi)容為例的現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于，這些設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案都是基于網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)是完全傳輸，并且可以完整獲得為基礎(chǔ)而提出的，并未考慮網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)的傳輸由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限可能引起的有效信息丟失等因素。除此之外，這里NCk的控制方法的設(shè)計(jì)都是以線性系統(tǒng)為例的，未考慮到NC^s中可能有非線性現(xiàn)象的存在，并且有可能有狀態(tài)跳變等混雜特性的存在。穩(wěn)定性研究方法方面，主要通過運(yùn)用跳變線性系統(tǒng)、隨機(jī)Lyapimov函數(shù)、離散線性增廣模型等理論，結(jié)合傳統(tǒng)控制穩(wěn)定理論、最優(yōu)隨機(jī)控制等來進(jìn)行研究。有人提出了 ADS 的概念，并給出了該系統(tǒng)模型在有損NC^s中的應(yīng)用示例；還有人將離散定常NC^s建模為采樣點(diǎn)與采樣點(diǎn)間的切換系統(tǒng)模型，進(jìn)而研究該模型下系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件，但結(jié)果與實(shí)際情況相比較保守，其利用穩(wěn)定區(qū)域和混雜系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，對(duì)離散定常NC^s用速率受限 ADS模型分別分析了帶數(shù)據(jù)丟包和多包傳輸?shù)腘Ck的穩(wěn)定性。將這兩種情況下的NCk建模為具有一定切換速率限制的ADS，運(yùn)用ADS理論和混雜系統(tǒng)方法分析了 ADS模型下NCk穩(wěn)定的充分條件，并且利用穩(wěn)定域方法得到了具有較小保守性的MATI，但對(duì)于時(shí)延和丟包、多包傳輸共存情況沒有進(jìn)行研究。針對(duì)NC^s的穩(wěn)定性、鎮(zhèn)定性和控制問題，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者通過其他方法或者以上方法的結(jié)合得到了一系列成果。如有人基于LMIs方法討論了 NC^s 的穩(wěn)定性，提出了一種獲取NC^s的最大允許傳輸時(shí)延的方法及其調(diào)度算法；還有人分別對(duì)基于無記憶降階觀測(cè)器的NC^s故障檢測(cè)方法和進(jìn)行了研究；還有人利用切換系統(tǒng)方法分別對(duì)NC^s的穩(wěn)定性和對(duì)具有丟包的NC^s鎮(zhèn)定性進(jìn)行了研究；采用滑模預(yù)估控制方法的 NCSs研究；采用脈沖控制方法的NC^s研究，還有人研究了各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，包括在丟包發(fā)生的情況下的基于觀測(cè)器的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問題；還有人基于時(shí)滯系統(tǒng)方法討論了 NCk的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)問題，等等。以上這些現(xiàn)有技術(shù)也是基于網(wǎng)絡(luò)中所有信號(hào)都能完全傳輸，不考慮網(wǎng)絡(luò)容量有限，網(wǎng)絡(luò)帶寬有限等情況，得到的理想結(jié)論。基于量化反饋的系統(tǒng)穩(wěn)定性研究方面，量化問題的研究最早可追溯到1956年人們研究的采樣數(shù)字控制系統(tǒng)中的量化效應(yīng)。早期的關(guān)于量化反饋控制研究主要集中在如何認(rèn)識(shí)和緩解量化效應(yīng)。然而在近期研究中，量化器通常被看作是信息編碼器。用于研究使閉環(huán)系統(tǒng)為達(dá)到一定控制性能需要多少信息通過量化器來傳輸。關(guān)于這方面有很多重要的研究成果。在這些成果中，主要有兩種方法來研究量化反饋控制問題。第一種方法就是使用無記憶反饋量化器，通常稱為靜態(tài)量化策略。靜態(tài)量化策略假定在k時(shí)刻數(shù)據(jù)量化僅與 k時(shí)刻的數(shù)據(jù)有關(guān)，從而得到編碼/解碼策略相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)給出了統(tǒng)一量化反饋控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)解釋，隨后提出了鎮(zhèn)定線性系統(tǒng)所需的量化間隔的數(shù)量界限。第二種方法是將量化反饋控制器看作系統(tǒng)內(nèi)在的狀態(tài)，允許量化器是動(dòng)態(tài)和時(shí)變的。這種方法有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵黾游蚝蜏p少穩(wěn)定狀態(tài)極限環(huán)能動(dòng)態(tài)刻劃量化水平。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，動(dòng)態(tài)量化器量化反饋結(jié)論僅局限于討論鎮(zhèn)定問題，由于缺乏一種通用方法/框架來推廣到更復(fù)雜的情形，因而有關(guān)控制性能等問題沒有討論。關(guān)于靜態(tài)量化器的反饋控制問題，人們通過利用狀態(tài)量化反饋，討論了離散SISO 線性定常系統(tǒng)的二次鎮(zhèn)定問題。其證明了對(duì)于二次型鎮(zhèn)定的系統(tǒng)，量化器需要對(duì)數(shù)形式的量化器。最近，人們還將分段有界方法應(yīng)用于量化反饋控制，對(duì)使用對(duì)數(shù)量化器的反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面研究，并且給出了對(duì)SISO和MIMO線性離散時(shí)間系統(tǒng)同時(shí)實(shí)用的完備結(jié)果。此外，作者還在統(tǒng)一框架內(nèi)討論了鎮(zhèn)定性和控制性能(包括保成本控制和H00控制)等問題。然而，上述現(xiàn)有技術(shù)中僅僅考慮只有一個(gè)量化器的情形，并且當(dāng)考慮到網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯、丟包等影響時(shí)，這些方法不能直接應(yīng)用到NC^s中。人們還討論了具有狀態(tài)、輸入量化并且考慮網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯和丟包的基于網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)系統(tǒng)的保成本控制問題，但是其技術(shù)方案考慮的是連續(xù)系統(tǒng)模型。一般而言，網(wǎng)絡(luò)只在特定時(shí)刻通過離散形式來執(zhí)行動(dòng)作和傳輸信息，因此，基于混雜的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型更接近實(shí)際情形。對(duì)于非線性的研究，模糊控制是一種非常有效的方法。1985年，人們提出的T-S模糊模型。T-S模糊系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)的萬能逼近器，能以任意精度逼近非線性系統(tǒng)，是研究非線性系統(tǒng)的一種有效方法。因此，自T-S模糊模型提出以來，T-S模糊系統(tǒng)的分析和控制綜合問題引起了廣泛關(guān)注。例如，現(xiàn)有技術(shù)研究了 T-S模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和鎮(zhèn)定問題； 還討論了 T-S模糊系統(tǒng)的H00控制器設(shè)計(jì)問題；還研究了 T-S模糊系統(tǒng)的濾波問題。需要指出的是，現(xiàn)有的大部分研究成果采用單Lyapunov函數(shù)方法，而且沒有將網(wǎng)絡(luò)這種典型的非線性選為研究對(duì)象，更沒有考慮更多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)特有因素對(duì)建模和分析的影響。然這種方法的主要缺點(diǎn)是單Lyapimov函數(shù)需要應(yīng)用到所有的子系統(tǒng)中，這將會(huì)導(dǎo)致比較保守的結(jié)^ ο因?yàn)镹Ck大多是離散/混雜模型，并且由于所處環(huán)境復(fù)雜，有可能網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不能直接測(cè)量需要通過觀測(cè)器才能獲得，網(wǎng)絡(luò)的容量，信道帶寬有限，信息必須通過一定的選擇策略后將部分進(jìn)行傳輸用于控制。截至目前為止，對(duì)非線性時(shí)滯混雜NC^s的建模、量化控制問題的研究尚不多見。對(duì)于更多考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的以及網(wǎng)絡(luò)本身特質(zhì)的建模和量化反饋控制器的設(shè)計(jì)具有一定理論意義。其研究結(jié)果可以給構(gòu)建高性能網(wǎng)絡(luò)提供理論基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制系統(tǒng)以及控制方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制方法，其特征在于，包括步驟a.將網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的當(dāng)前觀測(cè)狀態(tài)信息傳輸給第一控制器，其中，所述第一控制器用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象提供實(shí)時(shí)在線控制使網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象漸近穩(wěn)定；b.所述第一控制器根據(jù)所述當(dāng)前觀測(cè)狀態(tài)信息得到當(dāng)前時(shí)刻的控制輸出量信息；c.將所述控制輸出量信息反饋給所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象，其中，所述網(wǎng)絡(luò)被控制對(duì)象為混雜非線性系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制系統(tǒng)， 包括第一控制器，其中，所述第一控制器用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象提供實(shí)時(shí)在線控制使網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象漸近穩(wěn)定，其特征在于，還包括從網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的輸出端至所述第一控制器輸入端之間依次串聯(lián)連接的傳感器、觀測(cè)器、第一量化器、第一編碼器以及第一解碼器，還包括從所述第一控制器輸出端至網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象輸入端之間依次串聯(lián)連接的第二量化器、第二編碼器、第二解碼器以及執(zhí)行器，其中，所述觀測(cè)器用于通過可測(cè)的系統(tǒng)輸出得到系統(tǒng)的觀測(cè)狀態(tài)信息，所述第一量化器用于將經(jīng)過連接所述傳感器和所述第一控制器側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而進(jìn)行選取，所述第二量化器用于將經(jīng)過連接所述第一控制器和所述執(zhí)行器側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而選取。
本發(fā)明通過提供一種量化控制器的控制方法，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)混雜非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制使其達(dá)到漸進(jìn)穩(wěn)定的目的。由于考慮到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不可直接獲得只能獲得系統(tǒng)輸出的情況，提供了基于輸出的量化反饋控制器?？刂朴捎^測(cè)器增益設(shè)計(jì)、狀態(tài)反饋控制器增益設(shè)計(jì)、時(shí)變量化因子設(shè)計(jì)和量程設(shè)計(jì)組成?？刂破魉玫降氖墙?jīng)過量化器量化后的有限信息而不是完全信息，這是考慮到網(wǎng)絡(luò)承載能力有限和網(wǎng)絡(luò)容量有限因素而設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方法方便，能根據(jù)狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整量化器的參數(shù)，對(duì)被控對(duì)象提供實(shí)時(shí)在線控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果1)控制對(duì)象為一類包含混雜特性的非線性系統(tǒng)，可以表示更具有一般實(shí)際被控對(duì)象的特點(diǎn)。這里用包含狀態(tài)脈沖的T-S模型表示。2)設(shè)計(jì)的觀測(cè)器增益，使所設(shè)計(jì)的觀測(cè)器能根據(jù)被控對(duì)象的輸出觀測(cè)到系統(tǒng)的狀態(tài)。這時(shí)，控制器的輸入是觀測(cè)狀態(tài)。更適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜、狀態(tài)不可獲得的被控對(duì)象。3)控制器的設(shè)計(jì)更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的控制器能實(shí)時(shí)調(diào)整量化參數(shù)， 將觀測(cè)信息進(jìn)行量化后再傳輸，以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。4)裝載在傳感器端和控制器輸出端的量化器可以選擇不同量化規(guī)則，調(diào)整更為靈活。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的，混雜非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的，對(duì)混雜非線性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所述實(shí)時(shí)在線控制方法的仿真圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的，混雜非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)，包括第一控制器12，其中，所述第一控制器12用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象23提供實(shí)時(shí)在線控制使網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象23漸近穩(wěn)定，其特征在于，還包括從網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象23的輸出端至所述第一控制器12的輸入端之間依次串聯(lián)連接的傳感器M、觀測(cè)器25、 第一量化器沈、第一編碼器27以及第一解碼器11，還包括從所述第一控制器12的輸出端至網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象23的輸入端之間依次串聯(lián)連接的第二量化器13、第二編碼器14、第二解碼器21以及執(zhí)行器22，其中，所述觀測(cè)器25用于通過可測(cè)的系統(tǒng)輸出得到系統(tǒng)的觀測(cè)狀態(tài)信息，所述第一量化器26用于將經(jīng)過連接所述傳感器M和所述第一控制器12側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而進(jìn)行選取，所述第二量化器13用于將經(jīng)過連接所述第一控制器12和所述執(zhí)行器22側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而選取。在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選例中，所述第一量化器沈的量化因子與所述第二量化器 13的量化因子不相同。優(yōu)選地，所述第一量化器沈?yàn)閷?duì)數(shù)量化器，所述第二量化器13為時(shí)變量化器。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述傳感器對(duì)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，所述第一控制器12和所述執(zhí)行器22采用事件驅(qū)動(dòng)方式。其中，所述第一量化器沈優(yōu)選地對(duì)所述當(dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行量化，并選擇所述當(dāng)前狀態(tài)信息中的部分信息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。所述觀測(cè)狀態(tài)信息優(yōu)選地包括第一參數(shù)，其中，所述第一參數(shù)包括參數(shù)模糊集、狀態(tài)空間方程連續(xù)部分的先決變量、狀態(tài)空間方程離散部分的先決變量、系統(tǒng)狀態(tài)空間方程、系統(tǒng)控制輸入、受控輸出、系統(tǒng)的脈沖跳變大小、系統(tǒng)發(fā)生跳變的時(shí)刻、量化器的量程以及量化器的誤差。圖1所示的實(shí)施例對(duì)所述控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，接下來通過圖3對(duì)所述控制系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行描述。具體地，在圖3示出的實(shí)施例中，首先執(zhí)行步驟S210，確定所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的狀態(tài)空間方程，其中，所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象為混雜非線性系統(tǒng)，在一個(gè)優(yōu)選例中，所述網(wǎng)絡(luò)被控制對(duì)象的狀態(tài)空間方程如下所述對(duì)于連續(xù)部分規(guī)則i如果e^t)是 Mil，…6g(t)是 Mig于是= Atx(t) + Ftu(t),y (t) = Cx (t)，其中i G S = {1，2，…，r}，r 是 IF-THEN 的規(guī)則。Mij 是模糊集，θ ^t),-, θ g(t) 是連續(xù)部分的先決變量，x(k) e Rn為系統(tǒng)狀態(tài)，u(k) e Rm為系統(tǒng)控制輸入，y(t) e 為受控輸出，Ai, Fi是已知常數(shù)矩陣。對(duì)于離散部分規(guī)則i如果θ Jtk)是 Μη，…eg(tk)是 Mig于是x(t+k) = (I + Eki)x(tk)其中ejtk)，…，Θ g(tk)是離散部分的先決變量?；祀s特性這里用一系列脈沖跳變來表示，脈沖間隔tk滿足ο彡W t2〈…< tk〈…根據(jù)切換信號(hào)，系統(tǒng)在一系列線性系統(tǒng)中切換，這樣可以表示非線性系統(tǒng)。又由于離散的時(shí)刻系統(tǒng)存在脈沖跳變，所以系統(tǒng)狀態(tài)是連續(xù)變化和離散跳變交替進(jìn)行。優(yōu)選地，所述步驟S210包括“確定所述第一控制器的增益矩陣和所述觀測(cè)器的增益矩陣”的步驟。具體地，假設(shè)1 :tQ = 0，h > 0 是充分小的常數(shù)使得 lim^tr x^h ~h) = , x(h +h) =且對(duì)、)二hm“0+ x(tk -K)假設(shè)2 :tk+1-tk彡τ，k = 0，1，2，…常數(shù)τ由網(wǎng)絡(luò)中從所述傳感器到所述第一控制器的延時(shí)以及所述第一控制器到所述執(zhí)行器的延時(shí)組成。所述傳感器以及所述第一控制器兩端采用的所述第一量化器和/或所述第二量化器為時(shí)變量化器。假設(shè)3 存在正常數(shù)T和Δ使得下式成立如果Il ζ Il 彡 T 于是 Il q (ζ)-ζ || ( Δ如果Il ζ Il > T 于是 Il q(z) || > Τ-Δ其中T和Δ分別是時(shí)變量化器的量程和量化誤差。在這里用如下方法實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)的量化#力=^^;)，^>() μ是量化器的縮放因子，量化滿足條件
權(quán)利要求
1.一種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制方法，其特征在于，包括如下步驟a.將網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的當(dāng)前觀測(cè)狀態(tài)信息傳輸給第一控制器，其中，所述第一控制器用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象提供實(shí)時(shí)在線控制使網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象漸近穩(wěn)定；b.所述第一控制器根據(jù)所述當(dāng)前觀測(cè)狀態(tài)信息得到當(dāng)前時(shí)刻的控制輸出量信息；c.將所述控制輸出量信息反饋給所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象， 其中，所述網(wǎng)絡(luò)被控制對(duì)象為混雜非線性系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步驟a之前還包括如下步驟A.確定所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的狀態(tài)空間方程；B.將所述第一控制器和所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象串聯(lián)形成閉環(huán)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，在所述閉環(huán)系統(tǒng)中，所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象將當(dāng)前測(cè)得的輸出信息先后通過傳感器、觀測(cè)器、第一量化器、第一編碼器、第一解碼器傳輸至所述第一控制器，所述第一控制器將所述控制輸出量信息先后通過第二量化器、第二編碼器、第二解碼器、執(zhí)行器反饋至所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象，其中，所述觀測(cè)器用于通過可測(cè)的系統(tǒng)輸出得到系統(tǒng)的觀測(cè)狀態(tài)信息，所述第一量化器用于將經(jīng)過連接所述傳感器和所述第一控制器側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而進(jìn)行選取，所述第二量化器用于將經(jīng)過連接所述第一控制器和所述執(zhí)行器側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而選取。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步驟A包括如下步驟 -確定所述第一控制器的增益矩陣和所述觀測(cè)器的增益矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，所述當(dāng)前狀態(tài)信息包括第一參數(shù)信息，其中，所述步驟a包括如下步驟al.通過所述傳感器將所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的第一參數(shù)信息輸出給所述觀測(cè)器，其中所述觀測(cè)器用于通過系統(tǒng)的測(cè)量輸出觀測(cè)到被控對(duì)象的狀態(tài)信息。a2.所述觀測(cè)器將經(jīng)其處理后的所述第一參數(shù)信息輸出給所述第一量化器； a3.所述第一量化器將經(jīng)其量化后的所述第一參數(shù)信息先后通過所述第一編碼器和第一解碼器輸出給所述第一控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述步驟b包括如下步驟bl.根據(jù)所述狀態(tài)空間方程以及第一參數(shù)信息求解第一線性矩陣不等式組，得到相應(yīng)的所述第一控制器的增益矩陣和所述觀測(cè)器的增益矩陣；b2.根據(jù)第二不等式的約束，獲得所述第一量化器的縮放因子變化信息，然后傳遞給所述第二量化器的縮放因子。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述步驟c包括如下步驟-將所述控制輸出量信息經(jīng)所述第二量化器量化后，先后通過所述第二編碼器和第二解碼器，輸出至所述執(zhí)行器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述第一量化器的量化因子與所述第二量化器的量化因子不相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述第一量化器為對(duì)數(shù)量化器，所述第二量化器為時(shí)變量化器。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述傳感器采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，所述第一控制器和所述執(zhí)行器采用事件驅(qū)動(dòng)方式。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述第一量化器對(duì)所述當(dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行量化，并選擇所述當(dāng)前狀態(tài)信息中的部分信息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述第一參數(shù)包括如下參數(shù)-模糊集；-狀態(tài)空間方程連續(xù)部分的先決變量； -狀態(tài)空間方程離散部分的先決變量； -系統(tǒng)狀態(tài)空間方程； -系統(tǒng)控制輸入； -受控輸出； -系統(tǒng)的脈沖跳變大小； -系統(tǒng)發(fā)生跳變的時(shí)刻； -量化器的量程；以及 -量化器的誤差。
13.—種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制系統(tǒng)，包括第一控制器，其中，所述第一控制器用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象提供實(shí)時(shí)在線控制使網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象漸近穩(wěn)定，其特征在于，還包括從網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的輸出端至所述第一控制器的輸入端之間依次串聯(lián)連接的傳感器、觀測(cè)器、第一量化器、第一編碼器以及第一解碼器，還包括從所述第一控制器的輸出端至網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的輸入端之間依次串聯(lián)連接的第二量化器、第二編碼器、第二解碼器以及執(zhí)行器，其中，所述觀測(cè)器用于通過可測(cè)的系統(tǒng)輸出得到系統(tǒng)的觀測(cè)狀態(tài)信息，所述第一量化器用于將經(jīng)過連接所述傳感器和所述第一控制器側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而進(jìn)行選取，所述第二量化器用于將經(jīng)過連接所述第一控制器和所述執(zhí)行器側(cè)的網(wǎng)絡(luò)傳送的信息通過量化因子的變化而選取。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一量化器的量化因子與所述第二量化器的量化因子不相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一量化器為對(duì)數(shù)量化器，所述第二量化器為時(shí)變量化器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，所述第一控制器和所述執(zhí)行器采用事件驅(qū)動(dòng)方式。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一量化器對(duì)所述當(dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行量化，并選擇所述當(dāng)前狀態(tài)信息中的部分信息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觀測(cè)狀態(tài)信息包括第一參數(shù)，其中，所述第一參數(shù)包括如下參數(shù)-模糊集；-狀態(tài)空間方程連續(xù)部分的先決變量； -狀態(tài)空間方程離散部分的先決變量； -系統(tǒng)狀態(tài)空間方程；-系統(tǒng)控制輸入； -受控輸出； -系統(tǒng)的脈沖跳變大??； -系統(tǒng)發(fā)生跳變的時(shí)刻； -量化器的量程；以及 -量化器的誤差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)混雜非線性系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線控制方法，其特征在于，包括步驟a.將網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象的當(dāng)前觀測(cè)狀態(tài)信息傳輸給第一控制器，其中，所述第一控制器用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象提供實(shí)時(shí)在線控制使網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象漸近穩(wěn)定；b.所述第一控制器根據(jù)所述當(dāng)前觀測(cè)狀態(tài)信息得到當(dāng)前時(shí)刻的控制輸出量信息；c.將所述控制輸出量信息反饋給所述網(wǎng)絡(luò)被控對(duì)象，其中，所述網(wǎng)絡(luò)被控制對(duì)象為混雜非線性系統(tǒng)。本發(fā)明通過提供一種量化控制器的控制方法，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)混雜非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制使其達(dá)到漸進(jìn)穩(wěn)定的目的。尤其是將觀測(cè)信息進(jìn)行量化后再傳輸，以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102375442SQ20101026071
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者劉俊豪, 劉濤, 張皓, 陳啟軍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)