1.一种具有输入约束的网络化倒立摆系统的时延补偿方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1)应用牛顿—欧拉方法建立倒立摆控制系统运动学模型,然后,对其进行线性化并化简,得到状态空间方程如下:其中, 为倒立摆系统的状态量;p为小车的位移, 小车的速度,φ为摆杆与竖直向上方向的夹角,为摆杆角速度;y(t)为系统输出; 为控制输入,为系统矩阵, 为输入矩阵, 为输出矩阵;g为重力加速度,l为摆杆转动轴心到摆杆质心的长度;
步骤2)根据连续系统离散化方法,并考虑网络诱导时延的影响,得到离散的切换系统模型如下:其中,
T为系统
采样周期,执行器读取缓冲区的周期为T0=T/N,N为有限正整数;n0(k)和n1(k)满足以下条件:其中,Z0为集合{0,1,…,N},n0(k)T0和n1(k)T0分别代表u(k)和u(k-1)在周期[kT(k+1)T]内作用在被控对象上的时间;σ(k)∈Z0是切换信号,其取值由映射确定, 为二维实数空间, 为一维实数空间,如下:步骤3)设计形如u(k)=Kx(k)的状态反馈控制器,得到闭环网络化控制系统模型如下:其中,K为状态反馈增益矩阵,系统初始状态满足以下条件:其中,U为给定常数矩阵,x(-i)为i=0,1时的状态量,vi为与状态量x(-i)同维数的向量;
步骤4)考虑实际系统中存在输入约束:
其中,ui为系统的第i个控制分量, 为已知的常数;
满足输入约束(7)并且使得闭环系统(5)指数稳定的状态反馈控制器通过求解以下线性矩阵不等式LMI得到:其中λ和μ为给定的正标量,并且满足λ<1、μ≥1和λ<μ-12,通过求解以上LMI得到矩阵Rj,Sj,V,X,那么控制器u(k)=VX-1x(k)满足约束条件(7),并且使得闭环系统(5)指数稳定并具有指数衰减率ρ=λμ12。
2.如权利要求1所述的一种具有输入约束的网络化倒立摆系统的时延补偿方法,其特征在于:在所述步骤4)中,λ和μ的存在一个可行范围,其中最小的λ和μ通过求解以下一维搜索算法得到,过程如下:
4.1、选取一个较大的λ,使得式(8)有可行解;
4.2、令λ=λ-Δλ,其中Δλ为搜索步长,验证式(8)是否有可行解;
4.3、如果式(8)有可行解,返回4.2;否则,λ*=λ+Δλ为一维搜索的最小值;
4.4、选取一个较大的μ和λ*,使得线性矩阵不等式(8)和(9)有可行解;
4.5、令μ=μ-Δμ,其中Δμ为搜索步长,验证式(8)和(9)是否有可行解;
4.6、如果式(8)和(9)有可行解,返回4.5;否则,μ*=μ+Δμ为一维搜索的最小值;
以上一维搜索求出的参数λ*和μ*进一步给出了λ和μ的可行范围,结合步骤4)中的λ和μ的范围可知:λ*≤λ<1,μ≥μ*,λ<μ-1/2。