带有数据包丢失的网络控制系统的分析与设计

论文摘要

随着控制系统规模的日益扩大和计算机技术的飞速发展,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,是指通过实时网络形成闭环的控制系统,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。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、碰撞、时序错乱甚至数据包丢失等现象,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。本文针对数据包丢失这一NCS的核心问题,提出了一些分析和设计方法：首先对数据包单包传输且存在数据包丢失情况下的网络控制系统进行了研究,建立了由Markov链描述数据包丢失情况的网络控制系统的跳变线性系统模型,并根据相关理论分析了系统的稳定性条件,给出了状态反馈控制器的设计方法,通过仿真算例验证了结论的有效性。其次对数据包多包传输且存在数据包丢失情况下的网络控制系统进行了研究,建立了这种情况下的跳变线性系统模型,根据Lyapunov稳定性理论,通过LMI等工具,得出了系统随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈控制器的设计方法,通过仿真算例验证了所提方法的有效性。最后对同时具有网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统进行了分析,根据时延和丢包的不同特征,分别建立了NCS的跳变系统模型和切换系统模型,利用相关理论给出了相应的稳定性条件,并分别给出了状态反馈控制器和基于观测器的动态输出反馈控制器的设计方法,仿真算例验证了结论的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统的产生背景
• 1.2 网络控制系统概述
• 1.2.1 网络控制系统的系统结构
• 1.2.2 网络控制系统的特点
• 1.3 网络控制系统的基本问题及研究现状
• 1.3.1 网络控制系统的基本问题
• 1.3.2 网络控制系统的研究现状
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 单包传输且有数据包丢失的NCS分析与设计
• 2.1 单包传输且有数据包丢失的NCS建模
• 2.2 NCS的稳定性分析与控制器设计
• 2.3 算例仿真
• 2.4 本章小结
• 第三章 多包传输且有数据包丢失的NCS分析与设计
• 3.1 多包传输且有数据包丢失的NCS建模
• 3.2 NCS的稳定性分析与控制器设计
• 3.3 算例仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 时延和数据包丢失同时存在的NCS分析与设计
• 4.1 基于跳变线性系统的NCS分析与设计
• 4.1.1 系统建模
• 4.1.2 系统稳定性分析和控制器设计
• 4.1.3 算例仿真
• 4.1.4 本节小结
• 4.2 基于切换系统的NCS设计
• 4.2.1 系统建模
• 4.2.2 系统稳定性分析与控制器设计
• 4.2.3 算例仿真
• 4.2.4 本节小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢