存在丢包和时延的网络控制系统的保性能控制

摘要

在国际控制理论界，网络控制系统已经成为一个学术热点话题。从发现其特殊性并研究到现在已经有了初步的进展并获得了肯定。网络的加入使系统较传统的系统有可靠性、灵活性、连线少等更多的优点，但也带来了网络诱导时延和数据包丢失等不利的因素。但这样的系统更贴近生活，研究也就具有更深刻的现实意义。
　　本文主要针对双边网络并同时存在丢包和时延的网络控制系统，进行了稳定性的分析和保性能控制。系统就可以被建模为拥有事件约束的异步动态系统，再通过构造合适的Lyapunov函数，证明系统是稳定的。还可以通过设计一个控制器来确保闭环系统的鲁棒稳定，因此又研究了系统的保性能控制。具体如下：
　　首先，针对控制器-执行器通道的时延为长时延和传感器-控制器通道的时延为短时延，且单包传输有数据包丢失的网络控制系统，分别采用状态反馈控制器和动态输出反馈控制器，进行建模和稳定性分析;
　　其次，一般情况下为了化简系统，便于研究都将参数假定是确定的。而本文考虑有不确定系统参数介入的情况，并且是在存在不确定时延和丢包的基础上的。利用线性矩阵不等式、李雅普若夫函数等知识研究其稳定性;
　　最后，分析了同时考虑时延和丢包的网络控制系统的保性能控制，找出了保性能控制律存在的条件，和相应的保性能控制律，再通过仿真算例证明其可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 网络控制系统的基本问题

1．1．1 网络诱导时延

1．1．2 数据包丢失

1．1．3 单包传输和多包传输

1．1．4 节点的驱动方式

1．1．5 数据包时序错乱

1．2 网络控制系统的研究内容

1．2．1 对网络的控制

1．2．2 通过网络的控制

1．2．3 综合控制

1．3 网络控制系统的特性—时延和丢包

1．3．1 网络控制系统的时延特性

1．3．2 网络控制系统的丢包特性

1．4 本文的主要工作

第2章 预备知识

2．1 异步动态系统

2．2 线性矩阵不等式

2．3 时延NCS数学模型

2．3．1 短时延NCS数学模型

2．3．2 长时延NCS数学模型

2．4 数据包丢失NCS数学模型

2．4．1 数据包丢失NCS数学模型(单开关)

2．4．2 数据包丢失NCS数学模型(双开关)

第3章 具有时延和丢包NCS的稳定性

3．1 状态反馈网络控制系统建模

3．1．1 问题的描述

3．1．2 稳定性分析

3．2 动态输出反馈网络控制系统建模

3．2．1 问题的描述

3．2．2 稳定性分析

3．2．3 动态输出反馈控制律的设计

3．3 本章小结

第4章 具有参数不确定性的网络控制系统的研究

4．1 系统描述和模型的建立

4．2 稳定性分析

4．3 仿真算例

4．4 本章小结

第5章 存在丢包和时延的NCS的保性能控制

5．1 系统描述和模型的建立

5．2 保性能稳定性

5．3 保性能控制律设计

5．4 仿真算例

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结本文的主要工作

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的获奖情况