具有饱和非线性受限系统的事件触发控制研究

With the rapid development of control theory, communication technology and computer technology, scholars have paid much attention on the event-triggered control in recent years. This project aims to investigate the control problem of saturating constrained systems with event-triggered feedback mechanism and reveal the intrinsic relationship among triggering condition, saturation nonlinearity on the dynamics of systems. For constrained systems subject to input saturation/output saturation, we will give the corresponding stability results with different kinds of triggering conditions. For systems in the presence of both amplitude and rate saturation, the low-and-high gain feedback controller will be put forward to realize semi-global stabilization. Moreover, the global stabilization condition based on the frequency domain approach will be proposed. For control systems with output saturation, we will establish criteria for semi-global stabilization with low gain feedback as well as global stabilization with deadbeat feedback. Based on the preceding results, we further investigate the co-design problem of anti-windup compensation and event-triggered control. The solutions to these problems will provide an important theoretical basis for practical application of constrained systems with saturating nonlinearity and be of strong practical significance.

近年来，随着控制理论、通信技术、计算机技术的迅速发展，事件触发控制得到了众多学者的广泛关注。本项目拟深入研究基于事件触发反馈机制的饱和受限系统的控制问题，揭示触发条件与饱和特性对系统动力学行为的内在影响。针对具有输入饱和/输出饱和的受限系统，给出不同触发条件下的稳定性结果；对于同时存在幅值与速率饱和的情况，提出低-高增益反馈的半全局控制律，建立基于频域方法的全局可镇定条件；对于具有输出饱和的系统，给出采用低增益输出反馈的半全局可镇定判据以及基于deadbeat反馈的全局可镇定条件。在上述工作的基础上，进一步分析抗饱和补偿与事件触发控制的协同设计问题。上述问题的解决将对饱和非线性受限系统的实际应用提供重要的理论依据，具有很强的现实意义。

近年来，随着控制理论、通信技术、计算机技术的迅速发展，事件触发控制得到了众多学者的广泛关注。本项目研究了基于事件触发反馈机制的饱和受限系统的相关问题，揭示触发条件与饱和特性对系统动力学行为的内在影响。. 对于事件触发控制，从静态触发条件和动态触发条件两个方面入手，前者的形式较为简单，但存在一定的保守性；后者由于引入了一个随时间变化的动态变量，因此可以有效降低信号传输的次数，提高网络资源的利用率，研究结果表明信号传输次数与系统吸引域的估计存在折中关系。. 对于系统的分析，从输入饱和与输出饱和两个角度出发，前者在系统满足渐近零可控条件下可实现全局或半全局镇定，后者由于输出反馈矩阵无法改变，因此从本质上无法通过低增益的思想设计控制器避免饱和发生。在处理饱和非线性时，一方面直接将系统作为非线性系统进行研究，采用扇区条件、不等式放缩以及凸组合方式，并由此给出系统吸引域的优化估计算法。另一方面基于抗积分技术，通过设计补偿环节来减少饱和给系统带来的不利影响。在上述工作的基础上，进一步分析抗饱和补偿与事件触发控制的协同设计问题。. 在实际应用中，量化与事件触发机制的共同作用可以进一步降低网络资源的占用，所以本项目将两者融合并充分利用各自的特点研究了网络化控制系统在通讯受限下的同步问题。通过设计合适的编码/解码器和饱和量化器，可以平衡好传输比特率和传输次数之间的关系。. 最后我们还对近年来控制领域的热点问题——多智能体系统在受到饱和非线性约束下的一致性问题进行了研究。分别针对无向/有向拓扑情况提出了一种新的一致性算法，可放松对速度信息的要求。并且将结果进一步推广到带有节点相关的一致性协议和边相关的一致性协议中。为了处理输入饱和，我们采用低增益反馈的思想，实现了多智能体系统的半全局一致。. 上述问题的解决将对饱和非线性受限系统的实际应用提供重要的理论依据，具有很强的现实意义。