This project is concerned with the positive effect of network-induced delays and packet dropouts on network-based control for a class of systems using an event-triggered communication scheme, and its application in earthquake resistant engineering. The use of a communication network in a control system increases system flexibility, enables a remote execution of control tasks, and so on. Meanwhile, due to physical limitations of network bandwidth and functionality, network-induced delays and packet dropouts inevitably occur in network transmission, which are usually regarded as the sources of poor performance and even instability for the systems. In this project, from a different and novel view, we will investigate whether or not proper network-induced delays and packet dropouts can be of the positive effect on network-based control. If yes, how can one use the positive effect to improve the control performance of the systems? To save communication resources and reduce computational burden, we will propose an appropriate event-triggered communication scheme by taking the positive effect of network-induced delays and packet dropouts into account, and will present some co-design algorithms to determine event-triggering parameters, proper network-induced delays and packet dropouts, and controller parameters simultaneously such that a desired system performance is guaranteed while transmitting less sampled-data. Finally, these research results will be applied in network-based vibration control of structural systems subject to earthquake excitations. This project will not only broaden the research fields of networked control systems, but also provide some effective theoretical results for their practical applications.
本项目研究了事件触发机制下网络诱导时延和数据丢包对一类系统的网络化控制的积极作用及其在抗震工程中的应用。控制系统中通讯网络的介入有效地增加了系统灵活性和实现了远程控制任务等。同时,由于网络带宽和服务能力的物理限制,网络传输中不可避免地存在网络诱导时延和数据丢包。通常,它们被认为是导致系统性能退化甚至不稳定的主要因素。本项目中,基于一个新颖的视角,我们研究网络诱导时延和数据丢包是否对网络化控制具有积极作用。如果有,如何利用它们的积极作用来改善系统的控制性能?为了节省通信资源和减少计算负担,我们构造合理的事件触发传输方案,并提出一些协同设计算法来同时获取事件触发参数、合适的网络诱导时延、数据丢包和控制器参数,使得在尽可能少传输数据情况下闭环系统具有一个满意的性能。最后,将理论成果应用于地震中建筑结构系统的振动控制。本项目将拓宽网络化控制系统的研究领域,为实际应用提供有效的理论支撑。
针对不能被非时延控制器镇定,但能被时延控制器镇定的线性系统和基于T-S模糊模型的非线性系统,分别揭示并探索了网络诱导时延和数据丢包对网络化控制的积极作用。(i)首次提出了非小时延方法解决此类网络化控制系统的稳定性和性能分析问题,给出了结合LMI技术和进化算法的控制设计策略;(ii)建立了事件触发网络环境下模糊控制的异步T-S模糊模型并给出了异步约束界的计算方法,得到了依赖异步约束界的网络化模糊控制器的非线性设计方法,解决了现存工作中模糊系统的网络化控制器的线性设计难题;(iii)针对受地震激励的建筑结构系统,给出了如何利用网络化诱导时延和数据丢包的积极作用的主动振荡控制设计方案,在保证满意振荡性能的同时提升了网络化控制的容许响应时间并减小了控制能量的输入。.. 现有网络化控制系统的研究大多关注网络诱导因素的消极作用,尽可能的减小甚至消除这些因素,而本项目基于网络诱导因素的积极作用视角开展研究,主动引入网络来改善稳定性和控制性能,这些拓宽了网络化控制系统的研究领域,填补了一些研究空白。另外,本项目给出了事件触发通讯机制下异步模糊控制的协同设计策略,探索并重估了网络化非线性控制系统框架下模糊控制理论,为实践中非线性系统的网络化控制提供理论指导。
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数据更新时间:2023-05-31
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