编解码协议下Markov跳变系统滑模控制设计与分析

This project develops a systematic framework to solve the sliding mode control problem of Markov jumping systems under the encoding-decoding protocol. Firstly, under the synchronous of system mode and controller mode, the mode-dependent encoder and decoder are constructed, and the boundedness of the decoding error is analyzed in probability sense. Then, this proposal establishes the mode-dependent sliding function and sliding mode control scheme, which are further extended to the case with codewords dropout. Secondly, this proposal studies the problem under the asynchronous between system mode and controller mode. Based upon the hidden Markov mode detector, the asynchronous encoder and decoder are proposed and the asynchronous sliding mode controller is designed by just using the detected mode. Finally, a simulation platform is designed to illustrate the effectiveness of the proposed theories and approaches..The research outcome from this project will be significant for a wider and richer range of Markov jumping systems, and enlarge the applications of encoding-decoding protocol and sliding mode control to the secure control of networked control systems.

本项目针对网络化Markov跳变系统，创新性地引入编解码协议用于降低通信负担和提高通信信息的安全性，系统性地解决编解码协议下Markov跳变系统滑模控制问题。首先，研究系统模态与控制器模态同步情形，构造模态信号依赖编码器和解码器，分析随机意义下解码误差的有界性，建立模态依赖型滑模函数和滑模控制器设计方法，并推广到码字丢包情形。然后，进一步研究系统模态与控制器模态异步的情形，基于隐Markov模态侦测器，设计异步的编解码器，给出异步滑模控制律设计方法和求解算法。最后，搭建实验平台验证理论结果。.本项目的实施将极大地丰富和发展Markov跳变系统的理论研究成果，拓展编解码协议和滑模控制在网络化安全控制领域的应用。

Markov跳变系统在分析具有参数/结构随机变化特性的复杂控制系统中发挥着重要作用，一直是国际控制领域的研究热点，而如何在复杂受限网络环境下实现对不确定Markov跳变系统的可靠抗扰控制是目前极具挑战性的前沿课题。.本项目围绕基于网络通信协议的滑模控制理论与方法及其在Markov跳变系统中的应用开展了深入而富有成效得研究，取得了如下三个方面的主要研究进展和重要结果。.重要成果包括：（1）引入了隐Markov模态观测器模型，创新性地建立了仅使用观测器模态的异步滑模控制器设计及分析的一般理论框架，定量揭示了模态信息不同步对抗扰控制性能的影响；（2）设计了融合编解码、事件触发、Weighted Try-Once-Discard等通信调度协议机制的网络化滑模控制策略，引入了调度信号依赖型滑模函数，定量揭示了网络通信协议对滑模控制系统性能的影响；（3）创新性提出了永磁同步电机速度调节系统网络化高阶和终端滑模控制策略，保证了速度调节误差的最终有界性，在实物平台上验证了理论结果的有效性及可行性。.围绕本项目所取得研究成果，项目负责人以第一作者在国际控制领域权威期刊Automatica、IEEE汇刊上发表研究论文9篇、在国际知名出版社CRC Press出版英文专著1部、授权/申请发明专利4项、登记软件著作权2件，获2020年上海市自动化学会最佳论文奖；合作在国内外重要学术期刊和会议上发表其他相关研究论文16篇。.本项目研究工作创新性地建立了网络环境下Markov跳变系统异步滑模控制设计与分析的一般理论框架，系统性地给出了融合编解码等多种网络通信协议机制和滑模控制结构的综合策略，提出了基于智能优化算法及自适应动态规划的控制器少保守性求解方法，保证了有限通信资源约束下网络化系统的抗扰控制性能。