基于模型的网络控制系统分析与研究

摘要

随着网络控制系统（Networked Control System。NCS）的日益发展，网络建模过程所带来的不确定性问题给网络控制系统的分析和设计带来了极大的挑战。建立合理的网络控制系统模型既是解决网络控制实际应用的基础和前提，也是进行控制器及执行器的分析与设计的关键环节。由于实际的网络是一个随机变化的系统，针对网络控制系统的建模研究也将是一个非常困难、有挑战性的研究领域。
　　网络控制系统在存在诸多优点的同时，也带来许多问题，如采样周期、网络诱导时延、数据包丢失、单包传输与多包传输、节点的驱动方式、网络信息调度及数据包时序错乱和噪声干扰等问题。如何在考虑更多的影响因素的情况下，建立更符合实际应用的网络模型，成为网络控制研究的一个主要方向。在实际理论和工程研究过程中，主要通过揭示实际系统结合网络的演化机理，以提高网络适合于实际系统需要为主导，致力于构造更加符合网络控制系统自身特性的理论模型。
　　本文主要是对基于模型的网络控制系统进行分析与研究。充分考虑网络时延、不确定、非线性等问题，建立网络控制系统模型，进而利用Lyapunov稳定性理论、最小增益定理、线性矩阵不等式等工具来分析研究系统的性能、稳定性以及控制器设计等问题。
　　首先，建立网络模型，在考虑网络时延及不确定的情况下，分析 L1自适应控制（L1-AC）时延系统的稳定性及鲁棒性，设计出可以保证稳定性及其性能自适应控制器，随后通过对标准模型参考自适应控制（MRAC）和L1-AC的跟踪性能仿真比较，结果表明所设计的L1-AC自适应控制器是可行及有效的。
　　其次，进一步在考虑时延与非线性死区输入条件下，构建网络控制系统模型，通过设计一个连续的、低复杂度的、静态的状态反馈控制器，使得系统的期望跟踪性能得到保证，仿真实验可知状态反馈控制器能够在瞬态和稳态输出误差性能方面实现预期性能指标。
　　最后，考虑分布式时延、参数的不确定性等问题，建立网络控制系统模型，利用Lyapunov-Razumikhin函数的方法，结合Riccati不等式工具，获得了该类系统的控制器存在的充要条件，数字仿真验证了提出的新设计方法的有效性。

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第1章 绪论

1.1 基于模型的网络控制系统的研究状况

1.2 主要的几种模型及系统稳定性判断方法

1.3 本文的主要内容及章节安排

第2章 时延系统的L1自适应控制的稳定性及鲁棒性研究

2.1 引言

2.2 问题描述

2.3 控制器的设计及主要结论

2.4 仿真验证

2.5 本章小结

第3章 利用低复杂度控制方法实现不确定时延系统的跟踪性能

3.1 引言

3.2 性能预测及控制预备

3.3 问题描述

3.4 控制器的设计

3.5 仿真验证

3.6 本章小结

第4章 不确定非线性网络化控制系统的稳定性分析

4.1 引言

4.2 问题描述

4.3 控制器的设计

4.4 数例仿真

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

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