具有输入饱和的变采样网络化控制系统设计

摘要

网络化控制系统不仅实现了工业现场可视化，取得更好的人机交互效果，还可以通过生产过程中得到的各类信息来实施远程控制和诊断。这使得系统灵活性更强，生产过程更安全，生产的产品品质更好。目前，网络化控制系统已被成功应用于航空航天、远程机器人控制、无线传感器网络、过程控制等领域。然而，由通信约束带来的网络时延、变采样、丢包等问题会使得控制系统性能下降，甚至导致系统不稳定。另一方面，由于实际系统都具有控制输入饱和问题，它也会影响系统的稳定性及控制性能。因此综合考虑控制输入饱和约束和网络化系统中的其他问题是非常有必要的。本文主要针对具有控制输入饱和约束的网络化控制系统中时变采样周期和短时变时延两个问题展开研究，主要工作如下：
　　1)研究具有时变采样周期和控制输入饱和约束的网络化控制系统保性能控制器设计问题。根据采样周期的不同，将闭环系统建模成一个具有多个子系统的离散时间切换系统。基于李雅普诺夫稳定性原理及平均驻留时间方法，给出具有控制输入饱和约束的最优保性能状态反馈控制器的设计方法。
　　2)研究具有短时变时延和控制输入饱和约束的网络化控制系统稳定性分析及保性能控制器设计问题。将具有短时变时延的网络化控制系统建模成一个具有范数有界不确定性的时不变系统。对于给定的时延下界和上界，确定了时延的名义值和不确定性的范数上界后，采用鲁棒控制方法，给出具有控制输入饱和约束的保性能状态反馈控制器的设计方法。
　　3)搭建了网络化液位系统平台，并在此平台上实验验证了本文提出的算法的有效性。采用机理建模方法建立了液位系统模型，并设计了具有控制输入饱和约束的保性能状态反馈控制器。进而在.NET4.0框架和Visual Studio2010开发环境下，用C＃语言设计并开发变采样液位控制系统和具有C/S模式且服务器和客户机通过TCP/IP协议通信的远程液位控制系统。最后，在液位实验装置上验证了具有控制输入饱和约束的保性能控制器设计的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 网络化控制系统的基本问题

1.3 时变采样周期和短时延问题的研究现状

1.4 网络控制系统的现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 具有时变采样周期和控制输入饱和约束的NCS保性能控制

2.1 引言

2.2 构建网络化控制系统模型

2.3 保性能状态反馈控制器设计

2.4 本章小结

第3章 具有短时变时延和控制输入饱和约束的NCS保性能控制

3.1 引言

3.2 构建网络化控制系统模型

3.3 保性能状态反馈控制器的设计

3.4 本章小结

第4章 网络化液位控制系统的设计与实现

4.1 引言

4.2 液位系统建模

4.3 液位控制系统需求分析

4.4 变采样液位控制系统的设计与实现

4.5 远程液位控制系统的设计与实现

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果