网络化切换系统的事件触发控制与滤波

A switched system, which has wide application background, is a hybrid dynamical system that consists of a finite number of subsystems and a logical rule that orchestrates switching between them. Based on the event-triggered data sampling and transmission, and with the introduction of networked control approach into the analysis and synthesis of switched systems, this project is devoted to establishing a new research method for analysis and design of the networked switched systems. By analyzing the characteristic of the sampled switched signal under communication constraints, some event-triggered mechanisms for the networked switched systems are developed, which are effective to both system performance analysis and controller/filter design. Then, the criteria for stability, robustness and H∞ performance will be obtained. Furthermore, the relationships between the system performance and the parameters of event-triggered mechanisms, switching signal as well as communication network will also be analyzed, then the co-design methods for the event-triggered mechanisms, feedback stabilization controller, stabilization switching laws and filter are explored. The switched systems and networked control systems are important research directions of system and control science, while there is no result reported in the literature for the analysis and design of the networked switched systems based on the event-triggered mechanisms. Therefore, this research is of great importance for both the development of switched systems theory and extension of the research field of networked control systems.

切换系统是由多个动态子系统以及离散切换信号所构成的一类特殊的混杂系统，具有广泛的应用背景。本项目拟采用基于事件触发的采样与传输机制，将网络化控制方法融入到切换系统的分析与综合问题中，建立网络化切换系统基于事件触发机制的分析与设计研究方法。通过对通信受限网络环境下采样切换信号特性的深入分析，给出适合于网络化切换系统性能分析和设计的事件触发机制的设计，建立基于事件触发的网络化切换系统性能（稳定性、鲁棒性、H∞性能）分析的新方法，获得相应的性能指标判据；分析系统性能与事件触发参数、切换信号参数、网络参数之间的关系，给出事件触发机制与反馈镇定控制器、镇定切换律、滤波器的联合与优化设计方案。切换系统和网络化控制系统是系统与控制科学的重要研究方向，但在基于事件触发的网络化切换系统分析与设计方面，目前国内外尚未见有相关的研究结果报道，本研究对发展切换系统理论和拓展网络化控制系统的研究领域具有重要的意义。

切换系统及网络化控制系统具有广泛的应用背景，同时，事件触发机制可以减少不必要的数据传输，从而节省网络资源。本项目从切换信号的特性出发，设计通信受限网络环境下事件触发传输机制，将网络化控制方法融入到切换系统的分析与综合问题中，建立了网络化切换系统基于事件触发机制的分析与设计研究方法。此外，本项目还针对广义切换系统的稳定性分析、切换非线性系统的同步、多智能体系统的事件触发同步与一致性分析等问题开展了深入研究，取得了一系列具有创新性的研究成果。主要研究成果包括：(1) 设计了适合于切换系统控制和滤波的事件触发传输机制，提出了切换信号与其事件触发采样切换信号相融合的方法，解决了线性切换系统事件触发反馈镇定控制器、H∞滤波与事件触发机制的联合设计问题。(2) 在通信受限的网络环境下，分别考虑网络传输时延和数据包丢失，设计了离散线性切换系统基于事件触发机制的状态反馈镇定控制器；综合考虑数据包丢失和信号量化，设计了离散线性时不变系统基于事件触发机制的H∞滤波器。(3) 针对一类耦合切换基因调控网络，通过构造分布式事件触发状态估计器，解决了事件触发机制下系统的H∞状态估计问题。(4) 针对基于符号网络的二阶多智能体系统，在网络传输时延存在和不存在两种情形下，提出了实现系统二分领导跟随一致的事件触发控制准则。(5) 针对子系统具有广义动态的切换系统，给出了基于状态重置的切换系统镇定方法，并建立了Markov 切换律情形下系统均方指数稳定的充要条件。(6) 针对具有一般拓扑及通讯时滞的二阶符号网络，研究了结构平衡情形下的二分同步问题，分析了结构不平衡情形下网络节点状态收敛性，建立了确保网络群体行为的充分必要条件。(7) 针对一类连续时间切换非线性系统，基于系统量化输出和模态的采样数据，提出了实现系统主从同步量化控制器的设计方法。此外，我们在切换互联系统、复杂网络、多智能体系统及大系统的同步与估计方面也取得了一些研究成果。本项目研究工作所取得的成果对发展切换系统理论和拓展网络化控制系统的研究领域具有重要的意义。