不可靠信道下分布式事件驱动控制理论及在多电飞机中的应用

Event-triggered distributed networked control can effectively reduce the network load, which has become a research focus in the field of distributed networked control systems. However, how to design an event-triggered distributed control mechanism under an unreliable channel remains a difficult task and requires a lot of work. On the one hand, we will consider a linear system under unreliable networks and show the event-triggered control mechanism that can guarantee the system stability and even a desired performance index. By adopting space partition method, constructing Lyapunov function and the switched system analysis method, sufficient conditions for guaranteeing the stability of the closed-loop system are proposed. On the other hand, we will discuss the interaction between switching rules, packet dropout phenomena and event-triggered control rules when the controlled object is a switched system. The secondary control model of the More Electric Aircraft power system is a classic distributed networked control system, and the corresponding experimental verification will completed by adopting the given distributed system technology. This project will reveal the impact of packet dropouts in unreliable networks on distributed event-driven control strategies, provide theoretical basis for reducing network load in closed networks, and provide new solutions secondary control for multi-electric aircraft power systems.

基于事件驱动的分布式网络化控制可以有效的降低网络负载，已成为分布式网络化控制领域的研究热点。但如何在不可靠信道下设计基于事件驱动的分布式控制机制依然是一个难点，仍需大量工作。一方面，本项目将针对具有不可靠网络下的线性系统开展研究，建立系统能够实现稳定并达到一定性能指标下的事件驱动控制策略。利用空间分割方法、Lyapunov函数构造方法和切换系统分析方法，给出闭环系统稳定性分析。另一方面，将针对被控对象是切换系统的情况，讨论切换规则、丢包现象与事件驱动控制规则之间的相互影响。由于多电飞机的电力系统的二级控制模型是一个典型的分布式网络化控制系统，本项目将利用该分布式系统得到的理论完成相应的实验验证。项目的研究成果将揭示不可靠网络中丢包现象对分布式事件驱动控制策略的影响，为减轻封闭网络下网络负载提供新的思路和理论基础，并对多电飞机电力系统二级控制提供新的解决方案。

本项目开展了针对智能工厂工业场景中多电机系统的分布式控制、事件驱动控制和切换控制策略等方面的研究工作。本项目主要针对网络受限情况下，研究由分布式系统中部分系统受到干扰或者网络拓扑改变引起的系统切换和为了解决网络通信资源受限问题设计面向切换系统的事件驱动控制规则等两类问题。首先针对控制系统中广泛出现的切换现象，研究具有不稳定子系统的切换系统的稳定性分析问题，建立了非线性切换系统的稳定性分析准则。进一步，研究了一类基于耗散特性的切换随机时滞系统的输出调节问题和具有不稳定子系统的切换系统镇定问题，研究切换系统时间控制器的增强条件，给出事件触发状态反馈控制器的可解性条件。探索了一类聚合博弈的分布式鲁棒纳什平衡点寻优问题，引入一个参考信号来估计未知的扩展状态，考虑持续攻击对通信拓扑带来的数据丢包的影响，采用了一种分布式平均一致规则，在给定假设条件下得到了一致渐近稳定结果。研究了混合区间观测器的设计问题，通过给出不确定度的上界和下界，利用多重线性正合李雅普诺夫函数方法和模态相关的平均停留时间格式，导出并应用一些充分条件构建区间观测器，利用估计状态的范围给出基于区间观测状态的事件触发采样机制，并设计了一种基于区间观测器的状态反馈控制器，所设计的事件触发器能够减少了冗余数据的传输，节约计算成本。所提出的算法能够在所搭建多智能车协同系统和多电机协调控制仿真平台，并将所提出的分布式控制策略和事件驱动控制策略在相关平台上进行仿真验证，为多种电机系统分布式控制和优化运行提供验证方案。