论文题目: 网络控制系统的鲁棒控制算法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制科学与控制工程
作者: 黎善斌
导师: 孙优贤
关键词: 网络控制系统,网络延时,丢包,函数,鲁棒控制,线性矩阵不等式,跳变系统,原型实验平台
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 利用通讯网络实现地域上分布的现场传感器、控制器及执行器之间的信息相互交换,以达到被控对象的实时反馈控制,这样的一类被称为网络控制系统的新型控制系统近年来得到了广泛地关注。与传统的点对点控制系统相比,网络控制系统具有可实现复杂大系统和远程控制、可实现资源共享、具有高的诊断能力、交互性好、减少系统的布线、增加系统柔性和可靠性、安装维护方便等诸多的优点。因此,在众多领域得到了广泛地应用。然而,网络中的延时、丢包、通讯约束等问题也使网络控制系统的分析和设计变得异常复杂。 本文结合鲁棒控制理论,对网络控制系统进行了合理地建模,通过引入多种性能指标,对系统的鲁棒性和稳定性进行了协调研究,从而建立了性能指标与网络因素之间的内在联系;着眼于减少结果的保守性,提出了网络控制系统新的稳定性条件和控制器设计方法。 将分布式的网络延时合并为单一延时,简化了网络控制系统的复杂结构和系统设计过程。从抑制负载干扰的角度出发,提出了一种继电自整定双PID的控制结构。在此结构下,针对不同特点的控制对象,提出了PID控制器的鲁棒数字化设计方法。 通过将时变的网络延时分解成恒定的平均延时和不确定延时两部分,网络延时大于一个采样周期情况下的网络控制系统进而可建模成具有结构不确定性的离散时间模型。基于这个模型,我们给出了网络控制系统渐近稳定的线性矩阵不等式条件,通过迭代线性矩阵不等式方法设计了一种新型的控制策略。 在不确定时滞系统的背景下,分别对不确定离散对象和连续对象,研究了含有界时变延时的网络控制系统,提出了网络控制系统的保性能控制。通过引入一新的Lyapunov-Krasovskii泛函和广义系统模型方法,提出了网络控制系统保性能控制器存在新的时滞依赖型充分条件。通过求解线性矩阵不等式方程组,给出了控制器的参数化设计方法。 将具有随机网络延时和丢包的网络控制系统建模成Markov跳变系统,通过引入一新的随机Lyapunov-Krasovskii泛函和松弛矩阵变量技术,给出了延时依赖的随机稳定和扰动衰减的线性矩阵不等式条件。从而提出了网络控制系统新的鲁棒H_∞和扰动衰减性能分析方法。随后,还研究了不确定连续Markov跳变系统的鲁棒H_∞随机控制和扰动
论文目录:
摘要
Abstract
致谢
插图列表
表格列表
符号说明
第一章 绪论
1.1 问题提出
1.2 典型结构及应用
1.3 基本问题
1.3.1 网络通讯协议
1.3.2 节点的驱动方式
1.3.3 网络延时
1.3.4 丢包
1.3.5 单包与多包传送
1.3.6 通讯约束
1.3.7 时间同步
1.4 研究历史及现状
1.4.1 源于控制理论
1.4.2 源于信息理论
1.4.3 源于网络设计
1.4.4 通讯、计算和控制的协同研究策略
1.5 本文的对象、方法和内容
第二章 网络控制系统的PID控制
2.1 引言
2.2 问题描述
2.3 对象参数自整定
2.4 控制器设计
2.5 仿真实例
2.6 小结
第三章 网络控制系统的观测器输出反馈控制
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 观测器输出反馈控制律设计
3.4 数值仿真
3.5 小结
第四章 网络控制系统的保性能控制
4.1 引言
4.2 网络控制系统的保性能控制(Ⅰ)
4.2.1 问题描述
4.2.2 鲁棒性能分析
4.2.3 控制器设计
4.3 网络控制系统的保性能控制(Ⅱ)
4.3.1 问题描述
4.3.2 鲁棒性能分析
4.3.3 控制器设计
4.4 数值仿真
4.5 小结
第五章 网络控制系统的鲁棒H_∞控制
5.1 引言
5.2 模型描述与假定
5.3 随机稳定与控制器设计
5.3.1 随机稳定分析
5.3.2 控制器设计
5.4 H_∞扰动衰减分析
5.5 数值仿真
5.6 小结
第六章 不确定连续Markov跳变系统的鲁棒H_∞控制
6.1 引言
6.2 问题描述
6.3 主要结果
6.3.1 鲁棒随机稳定
6.3.2 鲁棒随机可稳定
6.4 H_∞扰动衰减性能分析
6.5 数值举例
6.6 小结
第七章 网络控制系统的同时H_2／H_∞控制
7.1 引言
7.2 问题描述
7.3 主要结果
7.4 小结
第八章 网络控制系统的实验平台设计
8.1 引言
8.2 硬件结构
8.2.1 PDA
8.2.2 无线网卡
8.2.3 无线接入器
8.2.4 智能机器人
8.3 系统层分析
8.4 控制算法
8.5 通讯
8.5.1 通讯协议
8.5.2 串口通讯
8.6 设计难点
8.7 小结
第九章 结论与展望
参考文献
附录A 矩阵引理
附录B 攻读博士学位期间完成的论文及参与的项目
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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标签：网络控制系统论文; 网络延时论文; 丢包论文; 函数论文; 鲁棒控制论文; 线性矩阵不等式论文; 跳变系统论文; 原型实验平台论文;