一类不确定时延网络控制系统的稳定性研究

摘要

网络控制系统(Networked Control System，NCS)是一个集通信网络和控制系统于一体的系统.它具有信息资源共享、连线少、易于扩展、易于维护、高效率、高可靠性及灵活等很多优点.但由于控制系统中网络环节的引入，而网络通信的带宽有限，因此不可避免的存在着信息的传输时延、碰撞、时序错乱，甚至数据包丢失等现象，从而导致系统不稳定.因此，在网络控制系统中有待于深入研究.
　　本文将系统描述成一类具有时变时延和参数不确定项的网络控制系统，并比较巧妙的包含了网络诱导时延、数据包丢失、数据包错乱以及外部扰动等因素，使得系统模型更加地符合现实情况.对建立模型的控制等问题进行研究;在研究过程中应用Lyapunov稳定性理论、线性矩阵不等式(LMI)方法、牛顿-莱布尼茨公式以及自由权矩阵方法等方法来推导系统的渐近稳定性和满足一定性能指标的的充分条件，并在此基础上相应的给出了具有较小保守性的控制律的设计方法.具体研究的主要内容如下：
　　1.研究了不确定时延网络控制系统的鲁棒控制问题:对于建立的系统模型，利用Lyapunov稳定性理论、线性矩阵不等式、自由权矩阵方法以及牛顿-莱布尼茨公式法证明系统鲁棒稳定的充分条件，同时给出一种鲁棒稳定控制律的设计方法.
　　2.研究了不确定时延网络控制系统的保性能控制问题:在系统满足渐近稳定的前提下，根据系统模型提出的相应性能指标，通过选取适当的Lyapunov函数，利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法，得到了满足性能指标的保性能控制律.
　　3.研究了不确定时延网络控制系统的鲁棒H∞控制:在已建立的模型的基础上，针对存在有限能量外部扰动的情况，首先加入相应的外部扰动建立新的系统模型，其次利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法，给出系统满足鲁棒渐近稳定的充分条件，最后利用该条件给出一种设计鲁棒H∞控制器的方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 鲁棒控制理论概要

1．2 网络控制系统简述

1．3 网络控制系统中的基本问题

1．3．1 网络诱导时延

1．3．2 数据包丢失

1．3．3 单包传输与多包传输

1．3．4 数据包时序错乱

1．3．5 网络节点的驱动方式

1．4 网络控制系统的国内外研究动态

1．4．1 国外的研究状况

1．4．2 国内的研究状况

1．5 本文的主要内容及结构安排

第2章 预备知识

2．1 线性矩阵不等式介绍

2．1．1 线性矩阵不等式的概念

2．1．2 标准LMI问题

2．1．3 线性矩阵不等式问题

2．2 常用引理

2．3 符号说明

2．4 小结

第3章 不确定时延网络控制系统的鲁棒控制

3．1 引言

3．2 系统描述

3．3 鲁棒稳定性分析

3．4 小结

第4章 不确定时延网络控制系统的保性能控制

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 保性能渐近稳定性分析

4．4 算例仿真

4．5 小结

第5章 不确定时延网络控制系统的鲁棒H∞控制

5．1 引言

5．2 问题描述

5．3 鲁棒H∞稳定性分析

5．4 鲁棒H∞控制器设计

5．5 算例仿真

5．6 小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间获奖情况