1.一种高速率通信网络影响下时变系统的有限时域H∞控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)建立存在乘性噪声和随机时滞的时变系统的数学模型其中, 为状态向量; 为控制输入向量; 为理想的测量输出向量; 为被控输出向量; 是外部干扰输入向量,属于平方可积向量空间L2[0,∞);tk代表第k个采样时刻;
和 为系统的时变矩阵;τi(tk)代表离散时滞,dm≤τi(tk)≤dM,dM和dm代表时滞的上限和下限,i∈{1,2,…,q},正整数q为系统中时滞的个数;φ(j)为系统的初始状态, τ(t0)=max{τ1(t0),τ2(t0),…,τq(t0)};v(tk)是定义在完全概率空间上的一维维纳过程,其数学期望满足E{v(tk)}=0,E{v2(tk)}=1;bi(tk)为系统中时滞发生的概率,满足Bernoulli 0-1序列分布:其中, 是已知的常数,Prob{·}表示事件发生概率,Var{·}表示方差;
2)建立存在量化误差、高速率通信网络和随机通信协议的网络化时变系统的数学模型首先,经过对数量化器量化后系统的测量输出 为:其中,I为单位矩阵,Δ(tk)为量化器的量化误差,||Δ(tk)||≤δ2,δ=(1+ρ)/(1-ρ)为量化器的量化误差上界,ρ为量化器的量化密度;
然后, 由基于随机通信协议的高速率通信网络传输后,系统实际的测量输出为:其中,
d为已知的正整数,d的大小反映了网络通信速率的高低; 为网络通信时刻,m∈{0,
1 ,… ,d} , 为
Kronecker delta函数, 为在网络通信时刻 获得访问网络权限的传感器节点, 的取值由转移概率矩阵为 的Markov链决定,其中为状态α转移到状态β的转移概率,满足:最后,结合式(1)、(2)和(3),得到随机通信协议和高速率通信网络影响下具有乘性噪声、随机时滞和量化误差的网络化时变系统:其中,0为零矩阵,
μ=[I 0],
3)设计基于观测器的状态反馈控制器
其中 是对系统(5)的状态估计, 为观测器的增益矩阵,为控制器的增益矩阵,no=nx+2ny;
定义系统状态的观测误差 增广向量 并结合式(5)、(6),得到闭环增广网络化时变系统:其中,
4)闭环增广网络化时变系统满足H∞性能要求的充分条件当存在正定对称矩阵 和标量ε(tk)>
0,使矩阵不等式(8)、(9)、(10)和等式(11)成立时,则闭环增广系统(7)在给定的有限时域[t0,tN]内满足H∞性能要求;
其中,*代表对称位置矩阵的转置,PΛ(tk)、Qi(tk)、λ(tk)、ε(tk)、K(tk)和L(tk)为未知变量, 其他变量都是已知的,γ为给定的H∞性能指标,为给定的正定矩阵,
5)设计基于锥补线性化方法的有限时域H∞控制器的实现算法根据步骤4)和锥补线性化方法,得到基于锥补线性化方法的有限时域H∞控制器的实现算法:①给定有限时域[t0,tN],H∞性能指标γ、正定矩阵ωi(f)、系统(5)的初始状态向量和观测器的初始状态向量 令tk=t0,利用Matlab LMI工具箱求解矩阵不等式(9)和(10),有解时执行②;无解时执行⑥;
②利用Matlab LMI工具箱求解矩阵不等式(8)和(12),有解时,将求得的可行解记为令锥补线性化方法的迭代次数ζ=0,最大迭代次数为ζmax,并执行③;无解时执行⑥;
③求解LMI最小化问题:
Subject to:(8)和(12)将求出的最优解记为 执行④;
④将③求出的最优解代入式(13),当式(13)为负定矩阵则得到控制器增益K(tk)=Kζ+1(tk)和观测器增益L(tk)=Lζ+1(tk)时,执行⑤;当式(13)不为负定矩阵,且ζ>ζmax时则执行⑥,否则令ζ=ζ+1,转到③;
其中,
⑤判断tk是否大于tN,是则转到⑦;否则令tk=tk+1,转到②;
⑥在有限时域[t0,tN]内闭环增广网络化时变系统不能满足H∞性能要求,不能得到控制器和观测器增益的矩阵,执行⑦;
⑦结束;
6)实现有限时域H∞控制
根据步骤5)求出的H∞控制器和观测器的增益矩阵K(tk)与L(tk),随机通信协议和高速率通信网络影响下具有乘性噪声、随机时滞和量化误差的闭环增广网络化时变系统实现有限时域H∞控制。