切换广义体系网络控制及鲁棒容错控制

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1、切换广义体系网络控制及鲁棒容错控制1绪论1.1切换系统概述目前，关于切换系统，人们比较感兴趣的是下面几个问题[6]：可以描述某些复杂被控对象。例如，大型电网设备或电力系统发电机组等复杂系统可建模为切换系统。可以获得良好的动态性能。例如，在网络控制系统、机器人、汽车引擎控制等方面，使用切换控制技术常可获得较好的系统性能。可以实现复杂大系统的分布式控制。依据结构或功能的不同将某些复杂大系统划分成一类线性切换子系统，然后对子系统采用分布式控制策略进行研究，而对整个复杂大系统上层采取监督切换控制。可以提高系统的鲁棒性和可靠性。在实际系统运行过程中，元件难免会出现故障，这时可

2、以利用多控制器待机控制，一旦有部件发生故障，将系统切换到对应的控制器上，就可以保证系统继续稳定运行。总之，随着研究对象结构的日趋复杂以及不确定程度的增加，传统方法已很难解决这些问题，为了适应生产实践的需要，必须寻求新的理论方法，于是便出现了切换控制，而切换理论作为一种重要的系统分析手段，将会受到更多研究者的研究兴趣。..........1.2广义系统概述广义系统(descriptorsystems)[7]，又称为奇异系统(singularsystems)，微分-代数系统(differential-algebraicsystems)，隐式系统(implicitsyst

3、ems)，广义状态空间系统(generalizedspacesystems)，半状态系统(semistatesystems)、退化系统(degeneratesystems)等，它是一类比正常系统更具广泛形式的动力系统，能够更精确地描述现实物理系统，因此被广泛地应用于实际系统模型中，如电力网络系统、航空航天、核反应堆、神经网络系统、化工过程、生态系统、经济系统和社会系统(如决策理论)等复杂系统。随着现代控制理论的不断发展，以及人们对其研究的不断深入，广义系统的研究领域将更加广泛。对于广义系统问题的研究，可以追溯到上世纪60年代。那时人们所涉及的是奇摄动的便宜控制以及电

4、路系统模型等相关问题。但是，直到70年代初，对于微分-代数系统，人们看重的主要还是其在数值界的价值，而且局限于研究具有特殊形式的具体系统，除此之外的其他新特性并未被发现，因而当时未能引起学者的重视[7]。1974年，英国学者Rosenbrock[8]通过对复杂电路网络系统的研究，首先正式提出了广义系统问题。随后，美国学者Luenberger和Arbel[9]分别在IEEETransactiononAutomaticControl和Automatic上发表文章，对线性广义系统解的存在性和唯一性等问题展开研究，自此拉开了对广义系统研究的帷幕。从70年代末期开始，人们逐渐

5、发现，在工程、社会、经济和生物等很多方面的实际问题中也广泛存在着广义系统的形式，而且广义系统理论在一些实际问题中得到成功的应用。1989年，L.Dai出版了第一部关于广义系统理论的专著[10]，对广义系统的基础理论进行了系统的介绍，标志了广义系统基础理论已经形成，从此，对广义系统理论的研究进入了一个崭新的发展阶段。近年来，国内有关广义系统的研究，在理论上也取得了许多开创性的成果。2预备知识2.1线性矩阵不等式方法广义系统的基本特性有正则性、脉冲性、能控性和稳定性。其中，正则性是广义系统最基本的一个特性。因为对于任意的正常系统都是正则的，但是广义系统有正则的，也有非正

6、则的。因此，可以将正则性作为广义系统区别于正常系统的一个最基本的属性，也是保证广义系统解存在的最基本的要求。随着控制系统模型的复杂化以及计算机通信技术的飞速发展，网络控制系统应运而生。网络控制系统(s,NCS)[57]由马里兰大学学者G.C.urry和Astrm等对网络控制作了进一步解释，一是对网络的控制，即对网络路由和网络流量等的调度与控制；二是利用网络实施的控制，即将控制系统与网络相结合，通过网络对控制系统的各个节点之间的数据进行传输[60]。具体的讲网络控制系统[16]是指通过网络将分布于不同地理位置的各个节点(传感器、控制器和执行器)连接起来，形成的一种分布

7、式实时反馈控制系统。NCS较传统的点对点式控制系统有如下优势：网络布线少、运行成本低、易扩展，实现资源共享和远程控制等。网络控制中的网络含义很广，既包含现场总线和工业以太网，又包含无线网络等多种形式。尤其是将无线网络技术应用到高危作业环境，这是传统控制系统无法实现的。因此，网络控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如电力网络系统、远程医疗控制、机器人系统、自动化制造工厂和航宇系统等。2.2广义系统的研究方法本文所研究的切换广义系统是建立在切换系统和广义系统的理论基础之上展开的。根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法，讨论了在网络控制下切换广义系统的稳