摘要
T-S模糊系统是表征非线性系统的有效工具，其主要思想是用若干个局部线性模型逼近全局非线性模型，而区间二型T-S模糊系统进一步提供了研究不确定非线性系统的新的思路和方法。 随着信息技术的快速发展，控制系统中的信号（如测量输出、控制信号等）通过共享的无线网络进行传输。尽管无线网络传输具有成本低、功率小、安装方便、灵活性高等优点，但也不可避免受到通信环境不可靠导致的网络攻击、信道衰减、数据冲突、丢包等现象的影响，因此，开展不可靠通信环境下区间二型T-S模糊系统分析与综合问题的研究具有重要的理论价值和实际意义。 为了降低不可靠通信环境对控制性能的影响，本论文从被动和主动两方面对区间二型T-S模糊系统分析与综合问题开展了深入研究:a）被动角度:研究网络攻击、信道衰减发生情况下，如何设计合适的控制器，保证被控系统期望的动态性能？b）主动角度:研究如何利用信道调度协议、事件触发等主动机制降低网络资源占用，并通过与控制协同作用保证系统动态性能。主要研究成果包括: (1)研究了控制信号可能受到虚假数据注入攻击情况下的自适应滑模控制问题。通过引入两个权重因子，构造了状态观测器隶属度函数，解决了区间二型T-S模糊系统未知隶属度函数不能用于状态观测器设计的问题。利用输入状态稳定概念处理估计误差残差项，建立了滑模动态和估计误差系统输入状态稳定的充分条件。通过在线估计网络攻击和外部干扰上界中的未知参数，设计了自适应滑模控制器，保证了指定滑模面的可达性，有效削弱了网络攻击对控制性能的影响。 (2)研究了随机通信调度协议和拒绝服务攻击情况下的滑模控制问题。利用随机通信协议对传感器到控制器之间数据传输顺序进行调度，同时，针对测量输出信号可能受到的随机发生的拒绝服务攻击，构造了基于补偿方案的协议调度和网络攻击模型。通过设计控制增益不依赖调度信号的滑模控制策略，解决了拒绝服务攻击发生情况下控制器无法获得调度信号的问题。建立了系统隶属度函数与控制器隶属度函数之间的等式关系，给出了闭环系统随机稳定和滑模面可达的充分条件。 (3)研究了拒绝服务攻击间歇发生情况下的滑模控制问题。通过引入攻击频率和持续时间描述间歇性拒绝服务攻击，设计了切换型状态估计器估计不可测系统状态和补偿攻击造成的测量损失。根据拒绝服务攻击发生情况，设计了有攻击和无攻击状态下的切换滑模控制器，保证了指定滑模面的可达性。利用切换Lyapunov函数对可接受攻击上限进行了定量分析，给出了保证滑模动态和估计误差系统输入状态稳定的充分条件。 (4)研究了信道衰落情况下事件触发状态反馈控制问题。传感器到控制器的数据传输通过动态事件触发机制进行调控，同时，被触发传输的信息可能受到含有乘性噪声的信道衰落现象的影响。基于非并行分布补偿策略，设计了模糊规则数和隶属度函数可以自由选择的模糊控制器。根据衰落模型和事件触发机制的特点，给出了不匹配隶属度函数上、下界的估计方法。利用隶属度函数全局边界信息，建立了保守性较小的隶属度函数依赖的稳定性条件。 (5)研究了传感器到控制器通道依Round-Robin协议调度的滑模控制问题。通过引入传感器节点更新策略和测量信息补偿机制，设计了依赖调度信号的状态观测器和滑模控制律，可以保证状态轨迹在有限时间内进入滑模面的邻域。利用依赖调度信号的Lyapunov函数，建立了Round-Robin调度协议下闭环系统输入状态稳定的充分条件。 (6)研究了冗余信道传输机制下输出反馈滑模控制问题。利用冗余信道传输机制降低丢包概率，提高数据传输可靠性。根据冗余信道的特性，建立了控制器端实际的测量输出模型，利用系统隶属度函数的上下边界，构造了滑模控制器的隶属度函数。通过引入包含隶属度函数信息的松弛项，建立了保证闭环系统随机一致有界和滑模面可达性条件，并通过构造反映滑模控制性能的目标函数，给出了利用二进制遗传算法求解非凸充分条件的优化方法。 本文从理论上对所设计控制系统稳定性给予严格证明，同时，也给出了数值仿真例子，验证了所设计控制策略对于保证不可靠通讯环境下区间二型T-S模糊系统期望性能的可行性和有效性。
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