事件触发控制在倒立摆系统中的仿真与实验

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1、2016年10月北京航空航天大学学报October2016第42卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol·42No·10http：ffbhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0631事件触发控制在倒立摆系统中的仿真与实验于灏，欧阳利，郝飞。(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100083)摘要：从理论、仿真、实验3个角度考虑了事件触发控制对于一级直线倒立摆系

2、统的控制效果，进而说明事件触发控制的可行性与实用性。首先，借助线性矩阵不等式给出了事件条件参数的设计方法，并对触发时间间隔下界进行了估计。其次，通过Simulink仿真说明了在无量化效应时理论结果的有效性。最后，通过实验研究了量化效应的影响，发现其对于基于模型控制器的负面作用。实验结果表明，对于实际倒立摆系统，混合型事件条件及零阶保持控制器更加适用，它们可以在保证系统稳定性的前提下有效降低信息的通信频率。上述结果体现了事件触发控制的潜在实用价值。关键词：倒立摆；状态反馈；事件触发控制；基于模型网络化控制；Simulink仿真中图分类号：TP2

3、73文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)10—2107—11近年来，网络化控制系统得到了越来越多的应用。在网络化控制系统中，状态信息及控制信号通过共享(无线)网络进行传输，这使得网络化控制系统具有安装灵活和便于维护等优点¨1。但共享网络能够提供的通信带宽是有限的，受限带宽会使网络化控制系统出现延迟和丢包等不良现象。另外，信息的发送装置通常由电池供电，频繁的信息交互也会降低设备的工作寿命。对于上述问题，降低通信频率是一种主要的解决思路。由于周期采样控制有较大的保守性旧1，其降低通信频率的能力有限。因此，越来越多的学者将目光转向

4、非周期采样控制上”J。事件触发控制(event—triggeredcontr01)H41就是一类重要的非周期采样控制方法。在事件触发控制中，状态的采样与控制信号的更新由事件条件决定。事件条件一般与系统当前状态相关，这就将通信行为与系统运行状况联系起来。因此，事件触发控制系统可以使状态采样与控制律更新尽量发生在需要的时刻，以达到减少通信频率的作用。文献[5]将事件触发控制系统建立为受扰系统模型，并提出了一类基于输入状态稳定性的分析方法。文献[6．7]考虑了基于部分状态的输出反馈事件触发控制系统。文献[8]将事件触发控制与周期采样控制相结合，提出

5、了周期性事件触发控制(periodicevent—triggeredcontr01)，其本质为离散系统事件触发控制一1的一类特例。文献[10]通过将事件触发控制与基于模型网络化控制(model·basednetworkedcontr01)¨1’“1相结合，进一步降低通信频率，并讨论了使用量化信息计算控制律对于闭环系统性能的影响。虽然近年来事件触发控制受到越来越多的关注，但大部分工作是从理论上对事件触发控制进行讨论与分析。倒立摆作为控制理论研究的典型实验平台，常用于验证新兴的控制策略。因此在倒立摆系统上进行事件触发控制实验有助于说明事件触发控制

6、的工程应用价值。收稿日期：2015-09-24；录用日期：2015—12—18；网络出版时间：2016-01-2016：54网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160120．1654．005．html基金项目：国家自然科学基金(61573036，61174057)；北京市自然科学基金(4112034)；中央高校基本科研业务费专项资金}通讯作者：Tel．：010·82314517E·mail：rnao@buaa．edu．en引用格式：于灏，欧阳利．郝飞，事件触发控制在例立摆系统中的仿真与实验f

7、JJ．北京航空航天大学学报，2016，42(10)：2107—2117YUH，OUYANGL．HAOF．Simulationandexperimentofevent—uiggeredcontrolforinvertedpendulumsystem【J]．JoomalofBeifingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(J0)：2107—2117(inChinese)．2108北京航空航天大学学报2016年本文主要研究以一级直线倒立摆为受控对象的事件触发控制系统。首先，根据倒立摆系统的状

8、态空间描述，从理论上给出事件条件中参数的设计范围。其次，搭建Simulink模块，通过仿真计算说明理论结果的可行性。最后，将所设计的事件触发控制策略作用于实际倒立摆