基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，构建在周期采样和连续事件触发机制之间切换的交替式事件触发机制，传输触发信息和模态信息给控制器，通过连续地检测触发条件避免遗漏有效信息，通过引入采样周期减少数据传输和更新。将飞行控制系统刻画为网络化切换系统，在存在网络诱导时延和丢包的情况下设计了基于事件触发机制的异步切换控制，符合飞行控制系统中模型动态快速变化特性和各内部组件间基于实时网络传输并处理数据的实际飞行工况，降低飞行控制系统的数据计算负荷、节约有限的数据传输带宽、提高整体的性能和精度要求。本发明专利技术技术方案仅需使用输出误差信息，不依赖传感器和飞行器的状态信息，易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法
本专利技术涉及网络控制
，具体而言，尤其涉及一种基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法。
技术介绍
随着现代飞行器任务越来越复杂，不可避免地增加了由传感器、控制器和执行器组成的闭环系统中的数据传输量。飞行控制系统基于实时网络实现了内部组件之间的数据共享和数据传输，从而将飞行器建模为网络飞行控制系统。近年来，切换系统理论研究的成果不断涌现，其易于刻画快速变化模型的特点极大地推动了切换技术在飞行控制系统的应用。因此，利用飞机全包线内每个操作点的动态模型信息，可以将整个飞行动态建模为一个切换的网络化系统。随着工业信息化的快速发展，网络化系统以其低损耗、安装简便、可远程操作、成本低等优势逐渐被广泛研究和应用。然而，网络化传输在改善系统性能的同时，也会受到网络诱导约束，例如网络时延和数据丢包等。传统的周期采样机制使得数据的采样和传输同步进行，一些对系统性能没有较大改善的采样也被传输，这势必会造成网络拥塞，从而导致网络时延和数据丢包问题。而事件触发机制可以有效地减少数据传输次数和控制器更新频率，缓解通信信道压力，继而避免网络延迟和降低数据丢包率。因此，基于事件触发传输机制，考虑存在网络诱导时延和数据丢包问题的网络化切换控制系统具有重要的研究意义。
技术实现思路
根据上述提出现有事件触发技术中的连续事件触发机制和周期采样机制产生过多不必要的数据传输和容易遗漏有效信息从而导致的网络时延和数据丢包的技术问题，而提供一种基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法。本专利技术将飞行控制系统刻画为网络化切换系统，并且在存在网络诱导时延和丢包的情况下设计了基于事件触发机制的异步切换控制，这更加符合飞行控制系统中模型动态快速变化的特性和各内部组件间基于实时网络传输并处理数据的实际飞行工况，有利于降低飞行控制系统的数据计算负荷、节约有限的数据传输带宽、提高其整体的性能和精度要求。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，包括以下步骤：S1、构建一个基于网络化切换控制的飞行控制系统的状态方程；S2、构建交替式的事件触发机制；S3、构建基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器；S4、构建一个基于交替式事件触发控件和相应的误差反馈控制器的闭环系统方程；S5、利用切换技术分析上述闭环系统方程，在存在网络诱导时延和丢包的情况下，确定保证飞行控制系统输出调节问题可解的判据。进一步地，所述基于网络化切换控制的飞行控制系统的状态方程具体为：其中，和分别表示系统状态，控制输入和可测输出跟踪误差，Aσ(t),Bσ(t),Cσ(t),Dσ(t),Qσ(t)分别表示已知的适当维数常数矩阵，σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,...,m}表示分段常值的切换信号，表示参考信号和/或干扰的外部输入，由切换外部系统生成,并且矩阵Sσ(t)的所有特征值具有非负实部。进一步地，所述的构建交替式的事件触发机制具体为：S21、为研究基于网络化切换控制的飞行控制系统基于事件触发机制的输出调节问题，给出如下假设：假设1、在切换信号σ(t)下，所述基于网络化切换控制的飞行控制系统的切换序列表示为其中tk是切换时刻，此时系统模态从切换到σ(tk)＝i≠j，i,j∈M；假设2、满足事件触发通信协议的事件触发传输序列描述为以上数据在网络传输过程中可能会丢失；假设3、事件触发采样序列通过网络进行传输，成功向控制器传输的采样序列表示为假设4、成功传输采样序列在经过网络时延传递给控制器的采样序列表示为其中满足ηr表示从传感器到执行器的总通信时延满足ηr≤ηM＜h，ηM＝supr∈{1,2,...,n'}{ηr}，n'表示第i个子系统运行时事件触发的最大次数，h为传感器等待时间；S22、当网络中存在通信时延时，构建基于成功传输点序列的交替式事件触发机制如下：其中，是数据成功传输时两个相邻的事件触发时刻，h为传感器等待时间，是阈值；S23、假设在子系统i运行期间有n′个事件被成功传输，当n′个事件经过网络传递给控制器，不可避免会有网络时延发生，讨论的情况，υ＝0,1,2,...,n'；当时，定义一个分段时滞函数使得根据(2)可得出在该时间段内事件触发条件为：当(3)成立，且即满足：S24、当网络中同时存在通信时延和丢包时，构建的交替式的事件触发机制为：其中，是阈值。进一步地，所述基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器，具体为：其中，Hσ(t)和Eσ(t)表示适当维数的常数矩阵，表示待设计的控制器增益，ξ(t)表示控制器的内部状态，表示控制器的切换信号，d0＝0，dk表示控制器ui(模态为i)滞后于对应的子系统i的时延，即0≤dk＜dMi，dMi表示控制器ui的最大滞后时延。进一步地，由于所述交替式事件触发机制和异步切换信号相互协作，因此分为以下四种情况讨论误差反馈控制器的具体形式：情况1、当时，记τ(t)＝t-sr≤h+ηM＝τM，所述基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器被描述为：情况2、当时，所述基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器被描述为：情况3、当时，记τ(t)＝t-sr+υ≤h+ηM＝τM，所述基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器被描述为：情况4、当时，所述基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器被描述为：进一步地，所述闭环系统方程包括同步切换和异步切换两种情况，具体为：S41、当时，控制器模态与系统模态不匹配造成异步切换其中，S42、当时，控制器与相应的切换子系统同步运行其中，进一步地，所述飞行控制系统输出调节问题可解的判据为：ΠiSi＝AiΠi+BiHiΣi+Di,EiΣi＝ΣiSi,0＝CiΠi+Qi最大可允许连续丢包数dr满足：切换规则满足依赖于触发时刻和系统模态的平均驻留时间条件：其中，sr+n′是在后的首次触发时刻，h是交替式触发机制中传感器的等待时间，dMi是控制输入ui滞后于子系统i的最大时延，h＞0,ηM＞0,τM＞0,dMi＞0,λi＞0,λij＜0,和ε＞0是常数，是对称正定矩阵，是任意适当维数矩阵，Sσ(t)的所有特征值具有非负实部，式中：l∈{i,ij},i≠j,i,j∈Mλi＝βi,λij＝-κi,其它项均为适当维数的零矩阵。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，构建了一个在周期采样和连续事件触发机制之间切换的交替式事件触发机制，该机制不仅传输触发信息还有模态信息给控制器，既能通过连续地检测触发条件从而在一定程度上避免遗漏有效信息，又能通过引入采样周期从而减少不必要的数据传输和更新。2、本专利技术提供的基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，将飞行控制系统刻画为网络化切换系统，并且在存在网络诱导时延和丢包的情况下设计了基于事件触发机制的异步切换控制。由于系统信息在传输过程中不可避免地会产生网络诱导时延和数据丢包，从而出现控制器模态和系统模态更新时间不匹配的情况。因此，这种建模方法更加符合飞行控制系统中模型动态快速变化的特性和各内部组件间基于实时网络传输并处理数据的实际飞行工况，有利于降低飞行控制系统的数据计算负荷、节约有限的数据传输带宽、提高其整体的性能和精度要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建一个基于网络化切换控制的飞行控制系统的状态方程；S2、构建交替式的事件触发机制；S3、构建基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器；S4、构建一个基于交替式事件触发控件和相应的误差反馈控制器的闭环系统方程；S5、利用切换技术分析上述闭环系统方程，在存在网络诱导时延和丢包的情况下，确定保证飞行控制系统输出调节问题可解的判据。

【技术特征摘要】
1.基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建一个基于网络化切换控制的飞行控制系统的状态方程；S2、构建交替式的事件触发机制；S3、构建基于交替式事件触发控件的误差反馈控制器；S4、构建一个基于交替式事件触发控件和相应的误差反馈控制器的闭环系统方程；S5、利用切换技术分析上述闭环系统方程，在存在网络诱导时延和丢包的情况下，确定保证飞行控制系统输出调节问题可解的判据。2.根据权利要求1所述的基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，其特征在于，所述基于网络化切换控制的飞行控制系统的状态方程具体为：其中，和分别表示系统状态，控制输入和可测输出跟踪误差，Aσ(t),Bσ(t),Cσ(t),Dσ(t),Qσ(t)分别表示已知的适当维数常数矩阵，σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,...,m}表示分段常值的切换信号，表示参考信号和/或干扰的外部输入，由切换外部系统生成,并且矩阵Sσ(t)的所有特征值具有非负实部。3.根据权利要求1或2所述的基于交替事件触发的切换网络化飞控系统的输出调节方法，其特征在于，所述的构建交替式的事件触发机制具体为：S21、为研究基于网络化切换控制的飞行控制系统基于事件触发机制的输出调节问题，给出如下假设：假设1、在切换信号σ(t)下，所述基于网络化切换控制的飞行控制系统的切换序列表示为其中tk是切换时刻，此时系统模态从切换到σ(tk)＝i≠j，i,j∈M；假设2、满足事件触发通信协议的事件触发传输序列描述为以上数据在网络传输过程中可能会丢失；假设3、事件触发采样序列通过网络进行传输，成功向控制器传输的采样序列表示为假设4、成功传输采样序列在经过网络时延传递给控制器的采样序列表示为其中满足ηr表示从传感器到执行器的总通信时延满足ηr≤ηM＜h，ηM＝supr∈{1,2,...,n'}{ηr}，n'表示第i个子系统运行时事件触发的最大次数，h为传感器等待时间；S22、当网络中存在通信时延时，构建基于成功传输点序列的交替式事件触发机制如下：其中，是数据成功传输时两个相邻的事件触发时刻，h为传感器等待时间，是阈值；S23、假设在子系统i运行期间有n′个事件被成功传输，当n′个事件经过网络传递给控制器，不可避免会有网络时延发生，讨论的情况，υ＝0,1,2,...,n'；当时，定义一个分段...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉莉，邹存名，宋林阳，葛新，金翠丽，李业成，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21