基于被控对象的网络控制系统的稳定性分析

论文摘要

网络控制系统是指通过网络组成一个闭环实时反馈控制系统,是计算机控制系统的进一步发展,是计算机网络在控制领域的扩展和应用。网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延、数据包丢失,在不同程度上降低了系统的控制性能,甚至造成系统的不稳定,所以,存在时延和数据包丢失的网络控制系统的稳定性分析是当前网络控制系统研究领域的热点。针对网络控制系统中数据包传输的时序错乱问题,本文用附加缓冲器方法加以克服。随后分析了网络控制系统中时延的Markov特性,当考虑数据包的时序错乱时,给出了状态转移矩阵的元素赋值方法,用跳跃线性系统方法来分析网络控制系统的稳定性,得到了网络控制系统随机稳定的充要条件。针对网络控制系统中存在的网络时延和数据包丢失问题,本文采用补偿预估的方法加以克服。提出了在网络控制系统的控制器节点加入补偿预估器,以提高控制系统的性能,并给出了系统指数稳定的充分条件。仿真结果表明,所提出的方法能有效提高控制系统的性能。针对被控对象为广义系统的网络控制系统,本文研究了系统的稳定性。建模时,利用原系数矩阵根的分布情况确立所建模型的系数矩阵,通过引入新的增广状态向量得到系统的状态转移矩阵,给出了系统指数稳定的充分条件。最后用仿真结果证明了结论的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及研究现状
• 1.2 网络控制系统的基本问题介绍
• 1.2.1 通信媒体类型和通信协议
• 1.2.2 节点的驱动方式
• 1.2.3 节点时钟同步方式
• 1.2.4 多率采样
• 1.2.5 网络诱导时延
• 1.2.6 单包传输和多包传输
• 1.2.7 数据包时序错乱
• 1.2.8 数据包丢失
• 1.2.9 网络调度
• 1.2.10 网络拥塞
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 带有Markov时延的网络控制系统的稳定性分析
• 2.1 引言
• 2.2 NCS的建模
• 2.3 网络诱导时延的Markov特性
• 2.4 稳定性分析
• 第三章 网络控制系统的补偿预估器设计及稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.2 长时延网络控制系统的建模方法
• 3.2.1 控制器和执行器全为时钟驱动时长时延NCS的建模
• 3.2.2 控制器为事件驱动、执行器为时钟驱动时长时延NCS的建模
• 3.2.3 控制器为时钟驱动、执行器为事件驱动时长时延NCS的建模
• 3.2.4 控制器和执行器全为事件驱动时长时延NCS的建模
• 3.3 补偿预估NCS的建模方法
• 3.4 补偿预估NCS的稳定性分析
• 3.5 仿真
• 第四章 广义网络控制系统的稳定性分析
• 4.1 引言
• 4.2 广义系统介绍
• 4.3 广义网络控制系统的建模
• 4.4 稳定性分析
• 4.5 算例仿真
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 今后的工作
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢