分组网络化控制系统的建模、分析与设计

摘要

网络化控制系统(Networked Control Systems，简称NCSs)是通过与其它设备共享通讯网络进行通讯且控制回路是闭环的控制系统。由于把网络引入到控制系统中，使得它与传统的点对点的控制系统相比有很多优点，比如重量小、功耗低、安装维护简单、节约了系统集成成本、灵活性高，实现资源共享，交互性好等，因而逐渐应用在工业过程控制、移动体远程控制与编队、航空航天等领域。然而，通过网络进行数据交换会不可避免地导致网络诱导时延、数据包丢失、网络访问受限、比特率受限等问题，它们以不同的方式导致系统性能降低，甚至会引起系统发散。因此在网络化控制系统的分析和综合中，必须要考虑到这些不利因素，并将时变的数据丢包和可变采样的问题等效地视为时变的传输间隔问题。而如何去补偿时变的传输时延和传输间隔是网络化控制系统的一个基本问题。
　　基于此，本文在通过研究目前现有的理论结果的基础上，分别作了以下两方面的研究:
　　1、研究了关于线性分组网络化控制系统的均方指数镇定问题。利用多元i.i.d.模型和Bernoulli模型，分组网络化系统被配制为由不同输入时延多重子系统组成的切换系统。再通过一个适当的Lyapunov-Krasovskii方法，可以直接得到闭环均方指数稳定性的充分性快速切换条件;由此产生的控制器的设计方法可以通过锥补线性化(CCL)可以得到。
　　2、基于随机时延的方法，研究了带有时变传输时延和传输间隔的非线性分组网络控制系统的基于模糊模型的H∞控制器设计分析问题。通过考虑输入时延的实时分布，并将其模拟一个依赖非同一分布过程。提出了一个具有多重输入时延子系统的随机切换Takagi-Sugeno(T-S)模糊系统，用来模拟非线性分组网络控制系统。基于一个改进的Lyapunov-Krasovskii泛函方法，在估计向量积积分项和T-S模糊模型的特征时，适当地利用输入时延的实时分布特性，可以得出整体系统的确定性H∞性能的新的时延分布依赖充分条件。最终的控制器设计方法相当于一个带有线性矩阵不等式约束的非线性凸优化问题。随后的数值实例表明本文所得到的结果的有效性和优越性。
　　最后，对全文进行了总结与展望，指出了本文的贡献以及下一步的研究方向。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 网络化控制系统

1．1．2 网络化控制系统中存在的问题

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 网络时延和丢包

1．2．2 测量值和控制输入丢失

1．2．3 通信受限与多包传输

1．2．4 基于模糊模型的控制

1．3 课题来源及主要研究内容

第二章 网络化控制系统理论概述

2．1 常用数学符号标记说明

2．2 不确定性及鲁棒镇定

2．3 T-S模糊模型

2．4 Lyapunov-Krasovskii稳定性定理

2．5 线形矩阵不等式(LMI)

2．6 网络化控制系统中若干理论

2．7 Matlab／Simulink

第三章 线性分组网络化控制系统的均方指数镇定

3．1 引言

3．2 问题描述

3．3 稳定性分析

3．4 数值实例

3．5 小结

第四章 基于T-S模糊模型的非线性分组网络化控制系的H∞设计

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 主要结果

4．3．1 非线性分组网络化控制系的随机时延T-S模糊模型

4．3．2 H∞性能分析

4．3．3 分组H∞控制器设计

4．4 数值实例

4．5 小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢