随机网络控制系统的分析与控制

论文摘要

随着控制科学的飞速发展、计算机网络技术的普及以及网络功能的强大,基于高速通信网络的控制系统,即网络控制系统应运而生,并迅速成为当前国际控制领域的一个热点课题。网络控制系统与传统控制系统的区别在于网络控制系统中的控制器、传感器、执行器均作为网络节点,通过共享的网络信道发送和接收测量信号和控制信号。由于采用共享网络信道传输信号,在控制系统中加入网络将不可避免地带来网络延迟、数据包的丢失、单包和多包传输等问题,这些问题的存在,不仅会降低系统的控制性能,而且还能引起系统的不稳定。因此,对网络控制系统的研究具有非常重要的现实意义。本文利用随机的Lyapunov稳定性理论,采用线性矩阵不等式这一有效的工具,通过设计一些新的观测器和控制器,对带有随机网络时延或随机丢包的网络控制系统进行分析和控制。全文内容概述如下：首先概述了网络控制系统的研究背景、重要意义及其国内外研究现状,分析了网络控制系统中的基本问题。然后讨论了网络控制系统的采样技术和节点驱动方式,分析了网络延时和丢包问题。其次把网络随机时延描述成两种不同的形式,然后分别对系统进行建模、分析与设计。其一是对随机时延服从伯努利两项分布的网络控制系统建模,并进行了稳定性分析和控制器的设计,然后用算例仿真证实了方法的合理性；其二是针对把随机时延描述成马尔可夫链的网络控制系统进行建模、稳定性分析及控制器的设计,同样也用算例证明了方法的可行性。随后研究的是存在随机丢包问题的网络控制系统。利用迭代的方法对带有随机丢包问题的网络控制系统建模,然后研究了此系统的稳定性并设计了控制器,最后也用一个算例证明了方法的有效性。论文最后一部分对本文的内容进行了总结,指出了网络控制系统中有待进一步研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统研究的目的与意义
• 1.2 网络控制系统的研究现状
• 1.3 网络控制系统的基本问题
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 网络控制系统的基础知识
• 2.1 控制网络简述
• 2.1.1 控制网络与信息网络
• 2.1.2 控制网络
• 2.2 网络控制系统
• 2.2.1 网络控制系统的采样技术
• 2.2.2 网络控制系统的时延分析
• 2.2.3 网络控制系统丢包问题的分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 具有随机时延的NCS建模与控制
• 3.1 随机时延服从伯努利两项分布的NCS建模与控制
• 3.1.1 系统建模
• 3.1.2 稳定性分析与控制器的设计
• 3.1.3 算例仿真
• 3.2 随机时延被描述成马尔可夫链的NCS建模与控制
• 3.2.1 系统建模
• 3.2.2 稳定性分析与控制器的设计
• 3.2.3 算例仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 具有随机丢包的NCS建模与控制
• 4.1 系统建模
• 4.2 稳定性分析与控制器的设计
• 4.3 算例仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢