[论文解读] Event-triggered output feedback stabilization via dynamic high-gain scaling

Johan Peralez, Vincent Andrieu+2 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2016

Stability and Control of Uncertain Systems参考文献 36被引用 72

一句话总结

本文提出了一种基于动态高增益标度的事件触发输出反馈控制律，用于非线性系统，通过自适应调整随时间变化的非线性性的高增益参数，实现原点的渐近稳定。该方法确保了最小执行时间，并在采样条件下具有鲁棒性，将先前的连续时间高增益设计扩展至非周期性、资源高效的控制框架，保证了稳定性与实际应用优势。

ABSTRACT

-This work addresses output feedback stabilization via event triggered output feedback. In the first part of the paper, linear systems are considered, whereas the second part shows that a dynamic event triggered output feedback control law can achieve feedback stabilization of the origin for a class of nonlinear systems by employing dynamic high-gain techniques.

研究动机与目标

• 解决在资源受限环境中非线性系统缺乏输出反馈控制策略的问题。
• 将动态高增益标度技术从连续时间扩展至事件触发、非周期性控制框架。
• 在保持正的最小执行时间的同时，确保原点的渐近稳定。
• 提供一种能够动态适应时变非线性性的高增益参数的鲁棒控制律。
• 通过构造性控制律在采样条件下实现保证稳定性的实际可行性。

提出的方法

• 控制律采用动态高增益标度，其中高增益参数根据状态相关非线性性和采样间隔演化。
• 设计了事件触发条件，仅在必要时更新控制输入，从而减少通信和能耗。
• 采用基于李雅普诺夫的分析方法证明稳定性，使用考虑采样和非线性增长的时间可变李雅普诺夫函数。
• 系统以规范的三角形式建模，其有界非线性性满足状态相关增长条件。
• 通过将增益自适应与采样间隔和状态演化相关联，触发条件确保了最小执行时间。
• 使用具有输入的非线性系统来界定高增益和状态估计的演化，通过流不变性实现稳定性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 动态高增益标度能否被适配于事件触发输出反馈控制的非线性系统？
• RQ2 如何动态调整高增益参数以在鲁棒性与采样效率之间取得平衡？
• RQ3 在时变非线性性存在的情况下，所提方法是否能保证正的最小执行时间？
• RQ4 在仅使用输出反馈且采样为非周期性的情况下，能否实现原点的渐近稳定？
• RQ5 与现有的基于ISS或周期性控制的方法相比，所提控制律在资源使用和鲁棒性方面表现如何？

主要发现

• 所提出的事件触发控制律确保了一类具有三角结构和状态相关非线性性的非线性系统的原点渐近稳定。
• 保证了最小执行时间，防止了Zeno行为，确保了实际可实现性。
• 高增益参数基于时变非线性性动态调整，实现了增益与采样率之间的高效权衡。
• 系统在非周期采样下保持稳定，尽管存在采样引起的误差，李雅普诺夫函数仍随时间递减。
• 分析表明，状态估计和高增益参数保持有界，且仅在必要时增长以抵消非线性性的影响。
• 只要非线性项满足指定的状态相关有界性条件（参数为c0、c1和q），该方法对非线性项的不确定性具有鲁棒性。