存在网络时延和数据丢包的网络控制系统稳定性分析

摘要

网络控制系统是计算机、通信技术和控制技术融合发展所形成的一个新领域。在综述网络控制系统研究现状的基础上，指出影响系统性能特别是稳定性的关键因素是网络诱导时延和数据包丢失，它们的存在使得系统的分析和设计变得相当复杂。 考虑网络诱导时延对系统性能影响，分析了网络诱导时延产生的原因和分布特性。当延迟小于一个采样周期时，对延迟恒定和时变两种情形下系统的稳定性和控制器的设计进行探讨，并针对随机时延引入了分段时戳动态矩阵控制算法，实验证明其控制品质比标准动态矩阵控制算法好；当时延大于一个采样周期时，分析了系统稳定的条件，设计了相应的控制律。 采用基于模型的网络控制系统时延控制思想，分析了系统稳定性。当被控对象状态可直接获得时，传感器通过网络发送状态信息去更新模型状态，采用状态反馈控制方法，得出了系统指数稳定的充要条件；当被控对象状态不可直接获得时，采用输出反馈控制方式，设计了状态观测器，并讨论了系统指数稳定性。仿真示例验证了稳定性条件的有效性。 将同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统建模为由结构事件率约束的异步动态系统，针对无数据包丢失时稳定的网络控制系统，在数据包丢失率已知时，利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式，得出了系统指数稳定的充分条件，给出了系统指数稳定的容许数据丢包率和系统开环状态及闭环结构的关系，获得其状态反馈控制律，最后进行了仿真。当时延小于一个采样周期且数据包传输率一定时，建立包含补偿估计器的网络控制系统模型，将系统描述为具有两个事件的异步动态系统，分析了系统稳定性。仿真结果表明，该方法能有效提高系统的性能。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

第二章存在网络诱导时延的网络控制系统稳定性分析

第三章基于模型的网络控制系统稳定性分析

第四章存在时延和丢包的网络控制系统稳定性分析

第五章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文