网络控制系统的输出反馈控制

论文摘要

随着计算机技术的飞速发展和控制系统规模的日益扩大,网络控制系统应运而生,并逐渐成为控制界的一个研究热点。所谓网络控制系统(Networked Control Systems, NCSs),是指通过实时网络形成的闭环控制系统,它具有信息资源共享、布线简单、系统扩展和维护方便、可靠性和灵活性强等优点。网络控制系统集成了计算机技术、通信技术和控制理论,并且成为现代工业生产的主要发展方向。但由于控制系统中网络环节的引入,不可避免的存在着信息的传输时延、数据包丢失、碰撞甚至时序错乱等现象,这些都是导致系统性能下降甚至失稳的重要因素。因此网络控制系统给控制理论的研究带来了新的挑战和发展机遇。本文主要针对网络控制系统的输出反馈控制,进行了以下几方面的研究工作：首先,对只存在控制输入时延和丢包(传感器与控制器之间的时延和丢包)的网络控制系统进行研究,建立其离散切换系统的数学模型。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式等工具,得出了使闭环系统渐进稳定的充分条件,并设计了切换输出反馈控制器。通过仿真验证了所提方法的有效性。其次,对传感器到控制器和控制器到执行器两个通道同时存在时延和丢包的网络控制系统进行研究,且时延限定在一个采样周期内,利用LMI技术,设计基于观测器的输出反馈控制器,使得闭环系统指数稳定。运用异步动态系统的理论和平均驻留时间的方法,得出了数据包丢失率和系统稳定性之间精确的关系。通过仿真验证结果的有效性。最后,对前馈和反馈两个通道同时具有通讯时延且存在丢包的网络控制系统进行研究,采用Bernoulli随机变量来描述数据的随机时延和丢包,利用线性矩阵不等式的方法,给出动态输出反馈控制器存在的充分条件,所设计的控制器使得系统渐进稳定且具有H∞性能,并应用SLPMM给出输出反馈控制器求解的算法,通过仿真算例验证了所提方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 网络控制系统的产生背景
• 1.2 网络控制系统结构及特点
• 1.2.1 网络控制系统的概念
• 1.2.2 网络控制系统的系统结构
• 1.2.3 网络控制系统的特点
• 1.3 网络控制系统的基本问题
• 1.3.1 节点驱动方式
• 1.3.2 网络诱导时延
• 1.3.3 网络调度
• 1.3.4 单包和多包传输
• 1.3.5 数据包的时序错乱
• 1.3.6 数据包的丢失
• 1.3.7 时钟同步
• 1.4 网络控制系统研究现状
• 1.4.1 网络调度
• 1.4.2 网络诱导时延
• 1.4.3 数据包丢失
• 1.4.4 输出反馈网络控制系统
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 基于时延切换的NCS静态输出反馈控制
• 2.1 系统建模
• 2.2 系统稳定性分析和静态输出反馈控制器的设计
• 2.2.1 稳定性分析
• 2.2.2 静态输出反馈控制器的设计
• 2.3 仿真算例
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于观测器的NCS输出反馈控制
• 3.1 系统建模
• 3.2 系统稳定性分析与控制器设计
• 3.2.1 稳定性分析
• 3.2.2 控制器设计
• 3.3 仿真算例
• 3.4 本章小结
• 第4章 随机时延与丢包的NCS动态输出反馈控制
• 4.1 系统的描述
• ∞动态输出反馈控制器设计'>4.2 H_∞动态输出反馈控制器设计
• 4.3 仿真算例
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢