长时延网络控制系统稳定性分析与非脆弱控制

摘要

网络控制系统是随着控制技术、网络通信技术以及计算机技术的发展逐渐发展起来的一门新兴学科，它是通过控制网络实现闭环控制回路的反馈控制系统。本文主要以Lyapunov稳定性理论为基础，进行长时延网络控制系统的建模与稳定性分析，并考虑在丢包和乱序情况下长时延网络控制系统的稳定性。在长时延网络控制系统的控制器实现中，由于摄动、精度和控制时延等对控制器实现造成的影响，可能产生控制增益扰动，所以本文还讨论了长时延网络控制系统的非脆弱控制。
　　首先，基于时延切换系统的控制对象模型，将长时延对系统的影响转化为闭环系统的时变参数不确定性，通过Lyapunov稳定性原理给出了网络控制系统渐近稳定的存在条件。
　　其次，对具有时延，数据包丢失和时延乱序的长时延网络控制系统进行建模和稳定性分析，并基于Lyapunov稳定性的判断定理和线性矩阵不等式方法，得到了长时延丢包网络控制系统和长时延乱序网络控制系统的稳定性条件。并通过Matlab LMI工具箱软件的仿真结果验证了所得定理的有效性。
　　再次，本文还对存在控制器增益扰动的长时延网络控制系统，进行了H∞非脆弱控制分析，分别给出了控制器增益存在加法不确定性和乘法不确定性扰动的非脆弱保性能控制器存在的充分条件和控制器的设计方法，并在满足H∞性能指标的前提下，求解存在次优非脆弱控制律的优化问题。
　　最后，总结本文用到的主要研究方法，并对长时延网络控制系统尚待解决的问题进行了展望，指出了长时延网络系统的研究方向和本文存在的不足。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 网络控制系统研究背景

1．2 网络控制系统的组成与结构

1．3 网络控制系统中存在的基本问题

1．3．1 节点驱动方式

1．3．2 网络诱导时延

1．3．3 单包传输与多包传输

1．3．4 数据包丢失

1．3．5 数据包时序错乱

1．4 时延网络控制系统的稳定性

1．5 时延网络控制系统的随机控制

1．6 非脆弱H∞控制的研究背景及意义

1．7 本文的主要工作

第2章 长时延网络控制系统的稳定性

2．1 引言

2．2 长时延网络控制系统建模

2．3 长时延网络控制系统稳定性分析

2．4 长时延丢包网络控制系统的稳定性分析

2．4．1 长时延丢包网络控制系统建模

2．4．2 长时延丢包网络控制系统的稳定性

2．5 小结

第3章 长时延乱序网络控制系统建模与稳定性分析

3．1 引言

3．2 长时延网络控制系统建模

3．3 网络控制系统的稳定性分析

3．4 算例仿真

3．5 小结

第4章 长时延网络控制系统非脆弱性H∞控制

4．1 引言

4．2 长时延网络控制系统非脆弱性分析

4．3 长时延网络控制系统的非脆弱H∞控制

4．4 算例仿真

4．5 小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢