论文摘要
网络控制系统是指通过计算机网络将传感器、激励器和控制单元作为网络结点连接起来共同完成控制任务的系统,其主要特点在于反馈控制系统中的控制回路是通过网络信道连接而形成闭环的。网络控制系统的控制模式不再是传统的点到点的连接,而是传感器、激励器和控制器作为结点直接连到网络上。现场总线、高速以太网及公共通讯网络技术的快速普及,传感器、执行器和机电变换装置的数字化加快,以及复杂系统控制理论的发展催生了网络控制系统。网络控制系统除具有明显的工程意义外,理论上也富挑战性,呈现出许多传统控制系统未曾遇到的问题,如信息传输时延(时延是不确定(随机性)和时变的),传输通道的拥塞引起数据时序的错乱和丢失,这些极大地激发了人们对网络控制系统的研究热情,使其迅速成为控制界最受关注的领域之一。本论文涉及网络控制系统的研究工作如下:(i)在Montestruque提出的基于模型的网络控制系统基础上,针对网络传输延迟和采样周期非固定的系统,建立了相应的基于模型的带观测器输出反馈网络控制系统的模型。若网络传输延迟小于最小采样周期,则认为无数据包丢失,若网络传输延迟大于某一时刻的采样周期,则认为数据传输失败(丢包),分别针对无数据包丢失和有数据包丢失的情况,对基于模型的网络控制系统进行了稳定性分析,分别给出了闭环系统渐近稳定的充分条件;(ii)针对遭受白噪声干扰的随机网络控制系统,已知其数据传输丢包概率,考虑其均方意义下的稳定性;在确保控制系统均方稳定的前提下求取其最大允许丢包概率,并给出计算数据包最大丢失概率的算法。论文各章节主要内容如下:第一章对网络控制系统的发展做了简单综述。第二章总结了基于模型的网络控制系统以及有外部扰动的广义网络控制系统的发展现状,给出了线性网络控制系统的一些预备知识。第三章分别针对无数据包丢失和有数据包丢失的网络控制系统,利用李亚普诺夫稳定性理论,分析了基于模型的网络控制系统的稳定性,分别给出了系统渐近稳定的充分条件。第四章对遭受白噪声干扰的随机网络控制系统,在仅有数据包丢失而无网络传输延迟时,给出了在确保系统均方稳定前提下的最大允许丢包概率算法。第三章和第四章在对理论结果进行了深入分析后,都分别给出了实例验证了理论的正确性。第五章对论文的研究工作进行总结,并提出进一步继续研究的问题。