[论文解读] Event-triggered and self-triggered stabilization of distributed networked control systems
本文提出了一种用于物理上分离的传感器、执行器和控制器共享同一根有线信道的分布式网络化控制系统的事件触发和自触发控制策略。基于非线性系统的规范框架，设计了能够减少通信量同时确保稳定性的触发规则，其中自触发机制由事件触发机制推导而来，以在资源受限环境中提升效率。
Event-triggered and self-triggered control have recently been proposed as implementation strategies that considerably reduce the resources required for control. Although most of the work so far has focused on closing a single control loop, some researchers have started to investigate how these new implementation strategies can be applied when closing multiple-feedback loops in the presence of physically distributed sensors and actuators. In this paper, we consider a scenario where the distributed sensors, actuators, and controllers communicate via a shared wired channel. We use our recent prescriptive framework for the event-triggered control of nonlinear systems to develop novel policies suitable for the considered distributed scenario. Afterwards, we explain how self-triggering rules can be deduced from the developed event-triggered strategies.
研究动机与目标
- 解决在共享有线信道的分布式网络化控制系统中最小化通信量的挑战。
- 将事件触发控制从单回路系统扩展到多回路、物理分布的系统。
- 开发减少资源使用而不损害系统性能的稳定化策略。
- 从事件触发机制推导出自触发规则，以实现自主的周期性更新。
- 利用非线性系统的规范框架确保系统稳定性。
提出的方法
- 将非线性系统事件触发控制的规范框架适配至分布式、多回路场景。
- 基于本地状态测量和系统动态设计事件触发规则，以减少不必要的传输。
- 引入一种自触发机制，可离线计算下一次传输时间，从而消除对连续监控的需求。
- 采用基于李雅普诺夫的分析方法，保证在所提出的触发策略下系统具有渐近稳定性。
- 将该框架应用于传感器、执行器和控制器分布配置、通过共享信道通信的系统。
- 从事件触发条件推导出自触发规则，以在最小化通信量的同时确保系统稳定性。
实验结果
研究问题
- RQ1如何将事件触发控制扩展至网络化环境中多个物理分布的控制回路，以实现稳定？
- RQ2在分布式系统中通过事件触发减少通信量时，何种条件可确保渐近稳定性？
- RQ3如何在非线性网络化控制系统中系统性地从事件触发策略推导出自触发机制？
- RQ4在共享信道的分布式控制中，通信减少与系统性能之间的权衡是什么？
- RQ5所提出的触发规则是否可以在不持续监控状态的情况下实现？
主要发现
- 所提出的事件触发规则显著减少了通信量，同时保持了非线性分布式系统的渐近稳定性。
- 成功地从事件触发策略推导出自触发规则，实现了无需持续状态监控的周期性或非周期性更新。
- 该框架确保了在减少通信调度下系统仍保持稳定，即使在共享有线信道条件下亦成立。
- 该方法适用于一般非线性系统，扩展了以往仅限于线性或单回路情况的研究工作。
- 理论分析证实避免了Zeno行为，确保了触发机制的合理性。
- 该方法实现了具有分布式组件的网络化控制系统中资源的高效利用。
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