基于网络的控制系统建模与控制方法研究

论文摘要

随着控制科学、计算机网络及通信技术的日益发展和交叉渗透,网络控制系统应运而生,并逐渐成为国际学术界研究的一个热点。它具有信息资源共享、灵活性强、良好的自诊断和维护性能好等优点。但由于控制系统中网络环节的引入,信息在传输时要分时占用总线,而网络通信的带宽有限,因此不可避免的存在着信息的传输时延、碰撞、时序错乱,甚至数据包丢失等现象,而这些往往是导致系统不稳定的一个重要因素。本文针对线性时不变的被控对象,研究了网络控制系统的建模和控制:首先,研究了短时延情况下网络控制系统的模型建立。采用传感器为时间驱动,控制器和执行器均为事件驱动,将不确定时延网络控制系统等价为一类具有参数不确定性的离散线性系统。利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)方法,给出此模型闭环系统渐进稳定的充分条件以及控制器的设计方法,研究此类网络控制系统的H_∞控制。其次,研究了长时延情况下网络控制系统的模型建立。针对在网络未介入时,渐进稳定的闭环系统,利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)方法,给出网络介入后,闭环系统渐进稳定的充分条件。针对具有控制时延的网络控系统,假设传感器和执行器完全时钟同步,利用接收缓存技术,将时变时延转换为固定时延,将系统转换为无时延的线性离散系统。给出闭环系统渐进稳定的充分条件和最优性能控制器设计方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 网络控制系统的基本问题
• 1.2.1 网络诱导延时
• 1.2.2 节点的驱动方式
• 1.2.3 单包与多包传送
• 1.2.4 丢包
• 1.2.5 数据包的时序错乱
• 1.3 网络控制系统的研究现状
• 1.3.1 时延网络控制系统
• 1.3.2 数据包丢失的网络控制系统
• 1.3.3 多包传输网络控制系统
• 1.4 本文研究内容及安排
• ∞控制的基础知识'>第2章 H_∞控制的基础知识
• ∞控制的标准问题'>2.1 H_∞控制的标准问题
• ∞控制'>2.2 不确定离散时延系统的H_∞控制
• 2.3 基本引理
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于网络的控制系统数学模型建立
• 3.1 网络控制系统的采样技术
• 3.1.1 同步采样
• 3.1.2 非同步采样
• 3.2 时间驱动方式和事件驱动方式
• 3.2.1 时间驱动方式
• 3.2.2 事件驱动方式
• 3.3 基于网络的控制系统的数学模型建立
• 3.3.1 短时延情况下的数学模型建立
• 3.3.2 长时延情况下的数学模型建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 网络控制系统的稳定性分析
• 4.1 采样率对网络控制系统的影响
• 4.2 网络控制系统稳定性分析
• 4.2.1 短时延情况下的网络控制系统稳定分析
• 4.2.2 长时延情况下的网络控制系统稳定分析
• 4.3 本章小结
• ∞控制'>第5章 网络控制系统的H_∞控制
• ∞控制'>5.1 短时延情况下的网络控制系统H_∞控制
• 5.1.1 短时延情况下网络控制系统的模型
• ∞控制'>5.1.2 短时延情况下网络控制系统的H_∞控制
• 5.1.3 仿真结果
• ∞控制'>5.2 长时延情况下的网络控制系统H_∞控制
• 5.2.1 长时延情况下网络控制系统的模型
• ∞控制'>5.2.2 长时延情况下网络控制系统的H_∞控制
• 5.2.3 仿真结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢