网络化切换系统的采样控制方法及其应用研究

The sampled-data control of switched systems under the event-driven and even cycle-driven cases is a hard problem in the control field that is never well solved up to now. The coexistence and coupling of discrete switching dynamics, discrete sampling event dynamics and continuous-time dynamics lead to the extreme difficulty and complexity of the sampled-data control of switched systems. The existing research approaches with regards to switched systems and the sampled-data control are very difficult to be applied directly to the sampled-data control of switched systems. Considering the characteristics of the discrete switching and sampling, a hybrid switched model is established. Under the periodic sampling, the stabilization scheme is obtained through designing the switching rule. Meanwhile, the upper bound of the sampling interval is optimized. In this project, a new switching-event-dependent Lyapunov function method is proposed, and the switching rule, event triggering conditions and sampled-data controllers are designed to complete the triple design tasks. The project aims to provide a feasible solution for the sampled-data control of networked switched systems, and improves the switched systems theory. In addition, the obtained results also present new methods and means for analysis and design of traditional networked systems.

切换系统在事件驱动甚至于周期时间驱动下的采样控制问题是控制领域至今未能得到很好解决的难点问题。由于离散切换动态、采样事件动态和连续系统动态并存且相互耦合，使得切换系统的采样控制问题极其复杂和困难，现有切换系统和采样控制的研究方法很难直接应用于网络化切换系统的采样控制问题。项目综合考虑系统模态切换和控制器采样跳变特性，建立混合切换模型，获得设计切换律下基于周期采样的切换系统可镇定方案，并优化最大采样区间上界。深入探索切换和事件触发机制之间的依赖关系，提出新型切换-事件依赖Lyapunov函数方法，进行切换律、触发条件和采样控制器联合设计，完成三重设计任务，解决网络化切换系统的采样控制问题。项目的研究为网络化切换系统的采样控制提供可行方案，发展和完善切换系统理论。研究结果也将为传统网络化系统的分析和设计提供新的方法和手段。

切换系统是一类具有多模态混杂特性的复杂系统，在实际系统的建模和控制中得到广泛应用。随着工业生产过程的复杂化，网络化控制成为系统控制的主要方式。然而由于切换系统特有的连续和离散事件耦合的混杂特性，导致采样、量化等网络化系统经典研究问题未能在网络化切换系统上得到很好的解决。项目针对线性、非线性网络化切换系统，考虑其在周期时间采样和事件触发下的控制问题，深入分析采样、切换和系统稳定性之间的耦合关系，进行控制器、触发条件和切换律三重任务设计；并且证明了给出的设计方法能够避免系统在切换和事件触发双种离散事件下产生芝诺现象，保证了切换系统在网络传输下能够稳定运行。在此基础上进一步研究了网络化切换系统的量化控制和网络攻击下切换系统的安全控制问题，给出系统可镇定的控制设计方法。项目的研究为网络化切换系统的控制提供可行方案，丰富和发展了切换系统理论，为切换系统在实际工程中的应用提供理论基础。围绕上述工作，项目负责人及其团队成员发表学术论文46篇，其中SCI检索期刊论文36篇，包括控制领域顶刊IEEE TAC论文2篇，授权国家发明专利8项，软件著作权2项，培养博士研究生7名，硕士研究生17名，项目执行期间所指导研究生获得宝钢奖学金、国家奖学金和辽宁省优秀毕业生等22项奖励。