通信受限下网络化广义切换系统的分析与综合

Switched singular systems are a class of very important switched systems with singular subsystems. In view of the effects of the state jumps at the switching instants and communication constraints, such as the network transmission delay, data packet dropout and signal quantization, etc, this project is concerned with the problems of performance analysis, synthesize and design for the networked switched singular systems. Based on the analysis of structural properties of the switched singular systems and network factors caused by communication constraints, some mathematical models of the networked switched singular systems are built, which are effective to both system performance analysis and controller/filter design. In addition, the criteria for stability, robustness, controllability and observability can also be established. Furthermore, the impact of network factors on the system performance is discussed, then the relationships between network parameters and system performance as well as controller/filter design methods are obtained. Finally, the basic theoretical framework for the performance analysis and design of networked switched singular systems with communication constraints is developed, which will further enrich and improve the basic theory of both networked control systems and switched singular systems.Considering the extensive application background of switched singular systems and networked control systems with communication constraints, this research is of great importance for the theoretical development and practical application of both switched singular systems and networked control systems.

广义切换系统是子系统由广义系统组成的一类非常重要的切换系统。本项目旨在综合通信受限产生的网络传输时延、数据包丢失、信号量化等网络因素，考虑切换时刻状态跳变等固有性质对系统性能的影响，研究网络化广义切换系统的基本特性、分析与设计问题。通过对广义切换系统结构特性和通信受限网络因素的分析，建立适合于系统性能分析以及控制器与滤波器设计的网络化广义切换系统的数学模型，并获得其稳定性、鲁棒性、能控性以及能观性等性能的判据。分析网络因素对网络化广义切换系统性能的影响，建立系统性能以及控制器、滤波器设计与网络参数之间的关系。初步建立通信受限下的广义切换系统分析与设计的理论体系，进一步丰富和完善网络化控制系统和切换系统理论。考虑到广义切换系统以及通信受限网络化控制系统的广泛应用背景，本项目的研究对广义切换系统以及网络化控制系统的理论发展和实际应用都具有十分重要的意义。

广义切换系统以及通信受限网络化控制系统具有广泛的应用背景。本项目从广义切换系统的特性出发，研究了Markov广义切换系统的稳定性分析问题；接着针对通信受限下广义系统的量化镇定、切换系统的采样数据控制、滤波与同步、复杂网络系统的滤波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。主要成果包括：(1) 分析了Markov广义切换系统切换次数的统计特性以及切换时刻的状态跳变对系统稳定性的影响，建立了基于Markov切换律统计参数的系统均方指数稳定的充分条件；(2) 针对通信受限下广义系统的量化镇定问题，建立了编码信号丢包的数学模型，设计了新的编码器和解码-控制器，得到了系统可镇定性与编码表大小、采样周期、数据包丢失概率之间的关系；(3) 以广义系统为被控对象，设计了基于状态采样数据的事件触发机制，得到保证闭环系统容许的控制器与事件触发参数的协同设计方法，解决了广义系统的事件触发控制问题；(4) 提出了切换信号与其采样切换信号相融合的方法，利用多李雅普诺夫泛函和输入时滞方法，给出了切换系统采样数据控制、滤波以及同步问题新的解决方法；(5) 在具有信号量化和数据包丢失的通信受限情形下，基于系统测量输出的事件触发条件，提出了离散系统基于事件触发机制的H∞滤波设计方法；(6) 考虑到切换系统的特性，提出了适用于切换系统的新的事件触发机制，设计了线性切换系统基于事件触发机制的H∞滤波器；(7) 在具有通信时滞和驱动器饱和受限情形下，基于非并行分布式补偿策略，提出了复杂网络的分布式H∞滤波器新的设计方法。. 在本项目的资助下发表研究论文18篇，其中SCI收录期刊论文10篇，EI收录会议论文8篇。本项目的研究工作综合考虑了通信受限的网络因素、切换时刻状态跳变等广义系统特性，取得的研究成果对切换系统以及网络化控制系统的发展具有重要的理论意义。