基于随机时延过程的网络控制系统研究

论文摘要

随着计算机网络和通讯技术的飞速发展,控制系统逐步实现网络化和智能化,网络控制系统现在已经成为研究的热点之一。在控制系统中引入通信网络,对于控制系统的分析、设计方法提出了新的要求:一方面,在控制系统中引入通信网络后,人为地引入了对象本身以外的额外时延,额外时延的不确定性造成了控制系统建模和分析的困难,迫切需要研究新的控制系统分析和综合方法以适应网络控制系统的发展。另一方面,控制系统的实时性要求与有限的通信网络资源之间产生了矛盾。如何协调解决这个矛盾是网络控制系统工程应用的前提之一。本论文主要针对网络控制系统中的网络诱导时延进行分析和研究。主要有以下几个方面的研究工作:(1)分析了网络中诱导时延产生的原因以及影响因素,分别搭建了闭环回路中具有固定时延和可变时延的对象模型,仿真试验证明网络传输中随机时延影响系统性能;(2)采用加入缓冲区方法,将回路中随机传输时延转变为确定性网络控制系统问题,给出了缓冲区设置的较理想的方法。利用最优控制的理论推导了确定性网络控制的最优状态反馈和最优输出反馈控制律,通过不稳定的倒立摆系统进行了验证;(3)研究了网络传输过程中,传输时延独立分布且小于一个采样周期时网络控制系统的有限时间最优控制问题和无限时间最优控制问题。通过对矩阵Riccati微分方程的离散化变换使之成为矩阵Riccati代数方程的形式,进行有限时间最优控制律求解;(4)目前为止,服从Markov特性的网络控制系统时延的研究很少。本文分析了控制器和传感器基于事件驱动方式的信息传输时序图,以及网络传输时延的Markov特性,研究了服从Markov特性的网络控制系统时延的随机最优反馈控制律和随机最优输出控制律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 网络控制系统概述
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 NCS 建模以及稳定性研究现状
• 1.3.2 网络控制系统传输时延研究现状
• 1.3.3 网络控制系统的研究角度
• 1.3.4 网络控制系统时延分析具体方法
• 1.4 本文主要的研究工作以及创新点
• 第2章 网络控制系统时延分析
• 2.1 概述
• 2.2 基于网络访问协议的时延分析
• 2.3 网络控制系统时延的组成
• 2.4 时延对网络控制系统的影响
• 2.5 小结
• 第3章 网络控制系统的确定性时延的研究
• 3.1 引言
• 3.2 确定性时延网络控制系统的构成
• 3.3 求取最优状态反馈控制律
• 3.4 求取最优输出反馈控制律
• 3.5 仿真实例
• 3.6 小结
• 第4章 网络控制系统的随机独立时延的最优控制
• 4.1 引言
• 4.2 随机时延网络控制系统的数学模型
• 4.3 独立随机时延网络控制系统的有限时间最优控制
• 4.4 独立随机时延网络控制系统的无限时间最优控制
• 4.5 仿真实例
• 4.6 小结
• 第5章 基于Markov 特性时延NCS 的随机最优控制
• 5.1 引言
• 5.2 Markov 特性短时延NCS 的随机最优控制
• 5.2.1 具有短时延NCS 的问题描述
• 5.2.2 短时延NCS 的数学模型
• 5.2.3 控制器设计和稳定性分析
• 5.2.4 仿真实例及分析
• 5.2.5 小结
• 5.3 Markov 特性长时延NCS 的随机最优控制
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 长时延网络系统数学模型的建立
• 5.3.3 网络传输时延的Markov 特性
• 5.3.4 Markov 特性长时延网络控制系统随机最优控制
• 5.3.5 仿真实例及分析
• 5.3.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢