1.一种污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、建立污水处理控制系统的正切换系统状态空间模型;
步骤1.1:建立污水处理控制系统的状态空间模型:x(k+1)=Aσ(k)x(k)+Bσ(k)u(k)+Dσ(k)ω(k),其中, 分别
为污水处理系统的系统状态,控制输入,输入扰动和第s个传感器节点的可测输入;函数σ(k)代表切换律,并从有限集合S={1,2,...,J},J∈N+中取值;假定Aσ(k)≥0,当 时,定义系统矩阵为Ai,Bi, Di,步骤2、建立污水处理控制系统的自适应触发机制;
步骤2.1:定义事件生成器的采样误差为:其中, ys(kl)是事件生成器在事件触发时刻kl,l∈N时的输出信号;
步骤2.2:输出将根据以下自适应事件触发条件释放:其中,β>0,θ>0且当初始条件η(k0)=η0和 时,η(k)是一个内部动态变量,满足:步骤3、构建具有系统状态观察器的动态输出反馈控制器;
其中, 是观测器状态,Gi和Li是观测器增益矩阵,Ki代表控制器增益矩阵,定义误差为:步骤4、构建污水处理系统的闭环系统;
定义 那么在步骤3中的动态输出反馈控制器下,步骤1的污水处理控制系统的闭环系统表示为:
其中,
步骤5、设计污水处理控制系统平稳运行的条件;
设计常数ει>0,ι=1,2,3,ε3<ε2,θ>0,γ>0,λ>1,0≤β<1,0<μ<μ<1, 和向量使得
对任意 和 成立,其中,qiι,ι=1,2,...,n,qi是 的第 个元素, 那么,正常切换的情况下,在平均驻留时间切换条件
下,步骤3中的观测器是正的且污水处理控制系统是正的、稳定的,其中控制器增益矩阵为存在切换故障时,在平均驻留时间切换条件下,步骤3中的观测器是正的且污水处理控制系统是正的、稳定的,其中故障控制器增益矩阵为:步骤6、正常切换情况下污水处理控制系统的正性验证;
步骤7、切换故障情况下污水处理控制系统的正性验证;
步骤8、正常切换情况下污水处理控制系统的稳定性的验证;
步骤9、切换故障情况下污水处理控制系统的稳定性的验证。
2.根据权利要求1所述的污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法,其特征在于,所述步骤6的正性验证过程如下:步骤6.1:给定任意初始状态x(k0)≥0和输出 结合步骤2中的自适应事件触发条件,有
推出:
因此,步骤3的动态输出反馈控制器和步骤4中的闭环系统分别满足和 其中,
步骤6.2:由于 和 利用步骤5中的条件推导出和 因此,‑BiKi≥0;
步骤6.3:结合步骤5中的第二个条件:步骤6.4:利用步骤5中的第五个条件有 结合步骤5中的第三个条件:
步骤6.5:根据步骤5中的第四个条件:步骤6.6:利用步骤5中的控制器增益矩阵推导出 由步骤5提出的污水处理系统平稳运行的条件可知,从而得到
和 对于x(k0)≥0, 和ω(k0)≥0,有 和 使用递归推导得到 且 即,动态输出反馈控制器和步骤4中的污水处理系统的闭环系统是正的。
3.根据权利要求2所述的污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法,其特征在于,所述步骤7的正性验证过程如下:步骤7.1:平均驻留时间切换条件 表示切换发生故障,当切换发生故障时,步骤5中提出了故障控制器增益矩阵,ε3<ε2,因此,将故障控制器增益矩阵代入步骤5中的第二个条件有:步骤7.2:这表示:
步骤7.3:将故障控制器增益矩阵代入到步骤5中的第三个条件有:利用故障控制器增益矩阵给出Ai+BiKfi≥0, 因此得到 利用步骤6中相同的方法,得到动态输出反馈控制器和步骤4中的污水处理系统的闭环系统是正的;
根据步骤6和步骤7,污水处理控制系统在切换正常和切换故障情况下均是正的,因此污水处理控制系统的正性得到证明。
4.根据权利要求3所述的污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法,其特征在于,所述步骤8的稳定性的验证过程如下:步骤8.1:选择线性余正李雅普诺夫函数为:其中,
步骤8.2:考虑ω(k)=0,那么:其中, 利用
步骤5中的增益矩阵有:
利用步骤5中的增益矩阵有
由步骤5中的条件和增益矩阵可得:接着结合步骤5中的条件和上式(1),推导出ΔVi(k)≤(μ‑1)Vi(k),这表示Vi(k)≤μVi(k‑1);因此,对于切换瞬间 得到 其中根据步骤5中的条件:
从而,上述不等式进一步转换成:这表示 其中 和 分别是vi的最小元素和最大元素, 利用平均驻留时间切换条件, 因此,污水处理系统是指数稳定的;
步骤8.3:考虑ω(k)≠0,其中,
定义Ξ(k)=γ‖ω(k)‖1‑‖e(k)‖1,由步骤8.1中线性余正李雅普诺夫函数,不等式推导为:利用步骤5中的条件,可得:
将上式代入不等式中,有Vi(k)≤μVi(k‑1)+Ξ(k‑1),利用步骤8.2中相似的方法给出进而,步骤1中的污水处理系统是 增益稳定,性能为γ。
5.根据权利要求4所述的污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法,其特征在于,所述步骤9的稳定性的验证过程如下:步骤9.1:将步骤5中的故障控制器增益矩阵代入条件中,因此,在步骤5中的条件和故障控制器增益矩阵下,得出存在实数μ,0<μ<μ,使得:进而,可以获得Vi(k)≤μVi(k‑1);利用步骤8.1中的李雅普诺夫函数,得到其中 和 分别是vi的最小元素和最大元素, 从平均驻留时间切换条件,这表示污水处理控制系统在切换故障的情况下保持增益稳定;
步骤9.2:结合步骤8和步骤9.1,得出污水处理控制系统是稳定的。