长时延不确定网络控制系统的保性能控制

论文摘要

网络控制系统NCS(Networked Control Systems),是利用专用或公用数据通信网络代替传统的点对点连接构成的闭环控制系统。网络控制系统打破了传统控制系统在空间物理位置上的限制,拓宽了控制活动的场所,降低了系统的链接复杂性、运行成本和维护费用,便于实现管控一体化,提高了信息集成度。但同时网络传输也会带来一系列的问题,例如时间延迟、数据丢包、时序错乱等。本文主要针对网络控制系统中出现的时延和丢包问题做了以下工作：(1)介绍了网络控制系统的产生背景和目前对网络控制系统时延的主要研究方法。并通过理论分析与例子仿真,说明了时延对网络控制系统稳定性的影响。(2)研究了被控对象出现状态延迟且信息传输出现随机传输延迟的网络控制系统保性能控制,并基于积分不等式和自由权矩阵的方法,以线性矩阵不等式的形式给出了保证网络控制系统渐近稳定且性能指标不超过某个上界的充分条件和控制器设计方法。通过数值仿真证实了运用自由权矩阵方法的有效性和优越性。(3)研究了系统时延服从马尔可夫链分布时的不确定系统保性能控制,将存在随机网络诱导时延的网络控制系统建模为马尔可夫跳变线性系统,利用锥补线性化迭代算法,以线性矩阵不等式的形式给出了系统渐近稳定的充分条件和控制器设计方法,并且使得闭环系统的性能指标具有上界。数值实例说明了保性能控制律设计方法的有效性。(4)针对系统同时出现长时延和丢包的情况,通过将其建模为异步动态系统,利用异步动态系统的稳定性理论,研究了具有不确定性的网络控制系统指数稳定的条件,并给出了需保证系统指数稳定的数据传输成功率应满足的范围,数值例子验证了此方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 网络控制系统的基本问题
• 1.2.1 节点驱动方式
• 1.2.2 网络诱导时延
• 1.2.3 时序错乱
• 1.2.4 数据丢包
• 1.2.5 单包/多包传输
• 1.2.6 时间同步
• 1.2.7 通信协议
• 1.2.8 网络带宽限制
• 1.3 网络控制系统的研究现状
• 1.3.1 控制方法研究
• 1.3.2 网络调度研究
• 1.3.3 控制与调度协同设计
• 1.4 本文的研究工作
• 第2章 网络控制系统的预备知识、数学建模与时滞分析
• 2.1 引言
• 2.2 预备知识
• 2.2.1 保性能控制概念
• 2.2.2 Markov链介绍
• 2.2.3 线性矩阵不等式
• 2.2.4 相关引理
• 2.3 网络控制系统的数学建模
• 2.4 时滞对控制系统的影响分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 不确定时延网络控制系统的保性能控制
• 3.1 基于自由权矩阵方法的网络控制系统保性能控制
• 3.1.1 问题描述
• 3.1.2 状态反馈保性能控制律设计方法
• 3.1.3 数值仿真
• 3.2 本章小结
• 第4章 基于MARKOV链的时延网络控制系统保性能控制
• 4.1 问题描述
• 4.2 基于离散跳变系统的网络控制系统分析
• 4.3 带不确定性的Markov时延网络控制系统稳定性分析
• 4.3.1 保性能控制律存在条件
• 4.3.2 保性能控制律设计方法
• 4.4 数值仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 具有丢包和时延的不确定网络控制系统稳定性分析
• 5.1 问题描述
• 5.2 具有丢包和时延的系统稳定性分析
• 5.3 数值仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢