事件驱动网络化系统的有限频设计方法研究

This project investigates the finite-frequency design methodologies for networked systems. At present, most of the researches about such class of systems are given in full-frequency domain. However, many practical control problems need to be considered in finite frequency domain, such as disturbance attenuation, fault detection, etc. This project will develop finite frequency design methodologies for event-triggered networked systems. The proposed methods can reduce the conservatism of the existing full frequency methods, also can avoid the computation complexity and inaccuracy of the weighting method. Firstly, by exploring the relationships between the event-triggered policy, the network-induced phenomena and the finite-frequency performances, the model of the whole system will be modeled. Subsequently, for the networked systems under different event-triggering policies, robust H∞ controllers and filters are designed in finite frequency domain such that the finite frequency performance of the systems is optimized. Then, for the event-triggered networked system with communication constraint, the effective fault detection methods will be given in finite frequency domain for different types of faults, and the design conditions will be related to the frequency of the faults and the network induced phenomena. Finally, the design methodologies will be considered under different data transmission mechanisms and in complex frequency ranges. The research item is of great importance from either the development of finite frequency theory point of view or the design of the practical networked systems point of view.

本项目旨在有限频域内研究事件驱动网络化系统的设计方法。目前，针对此类系统的研究多是在全频域内给出的。然而，很多实际的控制问题需要在有限频域内加以考虑，如扰动抑制问题、故障检测问题等。本项目将针对事件驱动的网络化系统，提出一套有效的有限频设计方法，这些方法可以降低全频设计方法的保守性，同时避免使用加权函数刻画频率范围所带来的复杂性和不准确性。首先，考虑事件驱动策略、网络现象与系统有限频性能之间的关系，建立精确的系统模型；其次，针对不同事件驱动策略下的网络化系统，考虑网络通信限制，设计鲁棒H∞控制器及滤波器，使得闭环系统的有限频性能得到优化；再次，针对通信能力有限的事件驱动网络化系统，给出发生不同类型故障时的故障检测方案，推导出与频率范围和网络现象相关的设计条件。最后，考虑不同数据传输方案下系统在复杂频率范围内的设计方法。本项目的开展对有限频理论的发展及实际网络化系统的设计都具有重要的意义。

项目完成了项目计划书中的研究内容与研究计划，取得了一些有意义的成果。主要在有限频域内，针对网络化系统给出了一系列的设计方案。共发表标注基金号的论文27篇，申请发明专利6项，授权3项。项目负责人龙跃入选辽宁省百千万人才工程千人层次人选（2019），获得辽宁省自然科学学术成果奖一等奖，沈阳市自然科学学术成果奖二等奖，入选四川省高层次人才引进计划，获得四川省特聘专家称号（2021）。.本项目的创新工作主要集中在如下方面：1）事件驱动下网络化系统的控制及有限频滤波问题：针对具有访问限制和时变时延等通信约束的网络化系统，提出了频率相关滤波方案；针对通信受限网络化系统，在有限频域内给出了控制器/故障检测器和调度协议的协同设计方案；针对带有模型不确定性和状态不完全可测的全驱动水面舰船，给出了自适应模糊事件驱动的路径跟踪控制方案；针对多智能体系统，基于强化学习方法，给出了事件驱动多梯度递归强化学习的跟踪控制方案及时变执行器故障下的容错控制方案。2）网络化系统的有限频攻击检测及安全状态估计问题：针对网络化的信息物理系统，在有限频域内研究了其在遭受攻击时的攻击检测及安全状态估计问题。3）网络化系统的有限频故障检测及隔离问题：针对均匀量化和一次性丢弃协议调度下的网络化系统，给出了频率相关的故障检测方案；针对发生传感器故障的非时齐马尔科夫系统，在有限频域内研究其故障检测问题；针对不同情形下通道衰减及通信受限的马尔科夫系统，研究了其在有限频域内的异步故障检测和隔离问题。4）切换系统的故障检测及事件驱动策略的设计问题：针对多智能体系统的一致性问题，在充分考虑静态事件驱动和动态事件驱动的特点后，设计了一种新的混合分布式事件驱动控制器。本项目的开展对有限频理论的发展及网络化系统的设计都具有重要的意义。