摘要
基于If-Then规则的T-S模糊系统为处理实际应用中广泛存在的非线性动态特性提供了一种有效建模方法，而区间二型T-S模糊系统则进一步在处理参数不确定性方面显示出优势。作为一种重要的鲁棒控制方法，滑模控制不仅能有效抑制外部干扰对系统动态性能的影响，而且具有结构简单、暂态性能良好、响应速度快等优点。因此，开展区间二型T-S模糊系统滑模控制问题的研究具有重要的理论价值和实际意义。 另一方面，通信和计算机技术的发展改变了传统的点对点控制方式，使得远程异地控制成为现实，网络化控制在实际应用中正得到广泛应用。但有限通信资源可能造成网络拥塞和数据冲突，导致数据包丢失和错序、传输延迟、信号衰减等不利现象,从而不仅影响系统的控制性能，也使得控制系统分析与综合变得复杂和具有挑战性。因此，如何有效利用有限的网络通信资源，保证控制系统的期望动态性能是实现网络化控制系统的前提和关键问题。在已有研究工作中，一种普遍的处理方法是针对不同的网络诱导现象设计合适的控制器使控制系统达到期望性能。不同于上述面对可能存在的不利网络现象而采取的被动处理方法，利用事件触发、信道调度等策略调控信号传输过程，减小网络拥塞和数据冲突，为解决有限网络通信资源对控制系统的影响提供了一种有效的主动处理方法，正吸引理论界和应用领域越来越多的关注和研究。 本文针对事件触发和通信调度协议下区间二型T-S模糊系统滑模控制问题开展了深入研究，设计了基于状态分量的动态事件触发和基于攻击概率的自适应事件触发策略，以及基于Markov链的多节点调度协议和基于事件触发的WTOD(WeightedTry-Once-Discard)调度协议，通过动态调整数据传输频率和传输量，缓解通信负担。并基于上述事件触发/通信调度协议给出了区间二型滑模控制方案，建立了随机调度协议与模糊控制器协同设计策略。本文主要研究内容和创新性成果包括: (1)研究了信道衰落情况下动态事件触发策略和输出反馈滑模控制问题。设计了基于动态事件触发策略的系统测量输出信号传输规则，利用衰落的触发输出信号设计了状态观测器估计不可测系统状态，给出了观测器前件变量和隶属度函数与估计状态的关系，保证了状态观测器的可实现性。设计了基于事件触发和估计状态的模糊滑模控制律，分析了指定滑模面的可达性和闭环系统输入-状态稳定性，给出了稳定性条件和求解算法，并证明了所设计的事件触发机制可以有效避免Zeno现象。 (2)研究了基于状态分量的动态事件触发策略和滑模控制问题。针对每个传感器节点分别设计了动态事件触发机制，用于调控各状态分量的传输过程，利用触发后的状态分量设计了模糊滑模控制器及其隶属度函数。通过分析系统和控制器隶属度函数之间的关系，处理了不匹配隶属度函数问题，得到了保证闭环系统稳定性和滑模面可达性的充分条件。 (3)研究了DoS(Denial-of-Service)攻击下区间二型T-S模糊系统事件触发滑模控制问题。提出了依赖攻击概率的自适应事件触发策略，根据系统状态变化和攻击发生概率，调整事件触发阈值，改变状态信号传输频率，降低了DoS攻击对系统性能的影响。利用补偿状态信息信号设计了模糊滑模控制器，其隶属度函数和模糊规则不依赖于系统的结构，提高了控制器设计的自由度。利用隶属度函数的上、下界处理了不匹配隶属度函数，提出了控制增益和触发权值矩阵协同设计方案，保证了闭环系统随机稳定性和滑模面可达性。 (4)研究了基于多节点通信调度协议的区间二型模糊滑模控制问题。利用服从Markov分布的随机调度协议调控系统状态信号和控制输入信号的传输过程，提出了基于多节点随机调度的节点选择规则，允许每一时刻有多个节点传输数据。通过将S/C和C/A信道中两个Markov调度信号映射成一个Markov链，设计了依赖调度模态的模糊滑模控制器，分析了闭环系统稳定性和滑模面可达性，并给出了优化设计算法，可以有效降低控制输入的能量消耗。 (5)研究了随机调度协议与区间二型模糊滑模控制器协同设计问题。采用服从Markov分布的随机调度协议调控各传感器节点接入网络的顺序，利用调度后传输的系统状态信息设计了模糊滑模控制器，分析了闭环系统随机稳定性和滑模面可达性，给出了随机调度协议转移概率和控制增益求解算法，建立了调度协议与模糊滑模控制器的协同设计方案。 (6)研究了基于事件触发WTOD调度协议的区间二型模糊滑模控制问题。利用两个阈值参数将事件触发策略和WTOD调度协议相结合，提出了一种新的基于事件触发的WTOD调度协议，可根据各传感器节点的状态偏差与阈值参数的关系，动态地调整每次传输节点的个数。通过分析可能的信号传输情况和控制器接收到的状态信息，设计了模糊滑模控制器，保证了不同传输情况下闭环系统渐近稳定性和滑模面可达性。 本文针对上述控制策略下系统的动态性能和稳定性进行了严格的理论证明和分析,通过详细的数值仿真验证了事件触发/信道调度下区间二型T-S模糊系统滑模控制策略的可行性和有效性。
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