论文摘要
近年微电子、信息网络和控制理论与技术飞速发展,多样化传感器、智能化控制器和高精度驱动设备的问世给网络控制系统的发展提供了物质基础。高速公共网络和工业现场总线技术的不断发展和成功应用加速了网络控制系统的可靠性和开放性问题的研究,促进了网络控制系统在现代航空、精密制造以及远程医疗等控制领域的广泛应用。网络控制系统充分体现了可以实现资源共享和远程分布控制、系统构建模块化、集成化、成本低、故障诊断和维护方便、易扩展、灵活性强等优势。但是,由于通信机制和通信协议的原因,以及网络的带宽有限且为系统中各节点所共享,当各节点通过控制网络交换数据时,往往会出现数据碰撞、网络拥堵、网络间接性中断等现象,不可避免地网络控制系统就会产生数据传输时延和数据包丢失等问题。这些问题会降低控制系统性能,严重时使系统失稳。因此,本文考虑了包含网络时延、数据丢包和系统外有限能量干扰等情况的网络控制系统,先确定要设计的网络控制系统性能指标,从控制网络的服务质量出发,研究网络控制系统的建模、稳定性分析、鲁棒H∞最优控制和H∞滤波器设计等问题,主要工作如下:研究了具有短时延和外部有限能量扰动的动态输出反馈网络控制系统,控制器采用具有动态补偿功能的动态输出反馈控制,这样可以提高系统输出反馈的控制性能,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式处理方法,找出网络控制系统鲁棒H∞保性能控制律存在的条件,总结得出鲁棒H∞保性能控制律设计方法。研究了具有长时延、数据包丢失以及外部干扰的状态反馈网络控制系统。基于Lyapunov-Krasovskii泛函和LMI方法,从H∞状态反馈控制问题入手,给出了系统稳定的充分条件和鲁棒H∞控制器的设计方法。在稳定性条件的推导过程中,对交叉项进行了更紧的界定,总结得出了相应的状态反馈H∞控制器设计方法。通过仿真算例求解被控对象网络诱导时延与数据丢包的最大值。研究了一类不确定离散系统的鲁棒H∞滤波问题,其中不确定性存在于系统的状态系数矩阵和输出系数矩阵中,且满足范数有界条件。对于所容许的参数不确定性,构造一个考虑时延和丢包的网络滤波器,使得滤波误差系统渐近稳定且满足一定的H∞性能指标。本文推出了网络H∞滤波器存在的充分条件,其中通过矩阵变量替换和锥补算法处理了充分条件中所含逆矩阵。最后通过仿真证明了本文滤波器设计方法有效性。