网络控制系统的稳定条件分析和控制器设计

摘要

由于信息通道的带宽有限，网络控制系统(NCS)在实际应用中不可避免地会发生网络拥塞、诱导时滞以及随机丢包等问题。针对丢包问题的处理方法很多，建立的数学模型也不尽相同。本文根据丢包处理方法的不同对NCS的建模、稳定性分析和控制器设计问题进行了研究。
　　首先，总结了在网络时滞不超过一个采样周期时，具有不确定时滞、随机丢包和外界扰动作用的NCS基于四种驱动方式的开环数学模型。
　　其次，通过分析具有不确定时滞和随机丢包的NCS，将其建模为一个具有参数不确定性的异步动态系统。依据 Lyapunov原理得出了同时存在不确定时滞和随机丢包的NCS指数稳定的充分条件，并根据该条件设计出相应的鲁棒控制器。仿真结果表明：加上控制器后系统的鲁棒性更好。
　　再次，通过引入丢包补偿器，将网络通信中数据包的正常传输和丢包情况下的补偿控制看成系统的两个子系统，并将此类系统建模为一类具有参数不确定性的随机切换离散系统。根据 Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)技术，给出了保证闭环系统稳定的充分条件和鲁棒保性能控制器的设计算法。并通过MATLAB仿真验证了控制器的有效性。
　　最后，通过对系统随机丢包的分析，将具有随机丢包、不确定时滞和外界扰动的NCS建模为含有随机序列参数和不确定性的综合系统，利用含有随机序列参数系统的稳定性定义，给出系统稳定的充分条件，由该条件得出鲁棒最优H∞控制器的设计算法，并通过求解LMI设计出系统的鲁棒最优H∞控制器。仿真结果看出鲁棒最优H∞控制器使得系统更快的趋于稳定。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

1.2 NCS中存在的问题

1.3 本课题的国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 网络控制系统的模型

2.1 基于节点驱动方式的NCS模型

2.2 具有不确定时滞的NCS在不同反馈方式下的模型

2.3 仅考虑数据包丢失NCS的状态反馈模型

2.4 同时考虑时滞和数据包丢失的NCS建模

2.5 考虑时滞和丢包及扰动的NCS模型

2.6 本章小结

第3章 具有不确定时滞和随机丢包NCS的稳定性分析和控制器设计

3.1 NCS的简化模型

3.2 具有不确定时滞和随机丢包NCS的指数稳定条件

3.3 鲁棒控制器设计

3.4 系统仿真

3.5 本章小结

第4章 考虑丢包补偿时NCS的鲁棒保性能控制器设计

4.1 考虑丢包补偿时NCS的模型

4.2 系统的稳定性分析与控制器设计

4.3 仿真比较

4.4 本章小结

第5章 模型具有随机参数的NCS的鲁棒H∞控制

5.1 具有随机参数NCS模型的建立

5.2 随机参数系统的稳定性分析

5.3 随机参数NCS的鲁棒H∞控制器设计

5.4 系统仿真

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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