一类基于输入时滞方法的网络控制系统H∞控制

摘要

随着现代工业的迅速发展和生产规模的扩大，控制过程也日趋复杂，其复杂特性主要表现为：系统结构参数具有时变、强耦合、极度非线性、不确定性和多样性等。这些因素都为控制理论的研究提出了更高的要求。相对于传统的点对点控制系统，网络控制系统作为一种空间分布式的反馈控制系统，其数据信号传输是通过网络通信通道参与完成的，所以网络控制系统存在着上述某些复杂的特点。针对网络控制系统的研究，吸引了广大学者，也取得了很多研究成果，但仍有很多问题需要结合实际情况加以研究分析，还有一些不完善的地方需要深入思考解决。本文主要采用输入时滞方法对线性网络控制系统的H稳定性分析和控制器设计问题进行研究，并利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性网络控制系统进行H稳定性分析以及控制器的设计。
　　本文主要从以下几个方向开展研究工作：
　　(1)采用输入时滞方法对线性网络控制系统的稳定性进行分析并给出控制器设计。首先给出基于网络控制的线性时不变系统模型，该系统模型考虑到网络诱导时滞和数据丢包现象。然后定义输入时滞，以利用时滞系统和采样系统已有的研究成果。同时也注意到定义的输入时滞一阶导数等于1的特点，并结合凸组合方法构造一个改进的Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函，从而对系统的稳定性问题和状态反馈控制器设计问题进行研究。最后，通过数例仿真验证所得到的稳定性判据具有较小的保守性，所给出的状态反馈控制器设计方案的有效性。
　　(2)考虑到实际环境中，外部干扰对于被控对象的影响往往是不可避免的。在这种情况下，对线性网络控制系统H控制器设计问题进行研究，并对相应的系统性能进行分析。首先考虑有外部干扰的网络控制系统模型。然后采用增广L-K泛函方式对现有文献所采用的泛函加以改进，并且为了进一步减小保守性，还针对自由权矩阵方法中某些松弛矩阵做出改进。最后，利用数例仿真与已有的相关结论作对比分析，验证所得H稳定性结果具有较小的保守性，所给出的H控制器设计方案的有效性。
　　(3)前面考虑的都是基于网络的线性被控对象，但在很多实际情况下，往往面对的是非线性网络控制系统的控制问题。所以首先利用T-S模糊模型来描述非线性网络控制系统，同时注意到被控系统和控制器的前件变量不匹配时其隶属函数不相同的问题。然后利用输入时滞方法并结合系统特点来构建L-K泛函，对该泛函进行求导和适当的处理，从而给出相应的H?控制器设计方案。最后通过数例仿真与现有结果进行比较，说明所得结果的有效性。
　　最后对本文的主要内容进行总结，并探讨将来需要进一步研究的方向。

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第一章 绪 论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究概况

1.3本文研究内容及章节安排

第二章 基础知识

2.1本文相关引理和不等式

2.2 TrueTime工具箱

2.3本章小结

第三章 线性网络控制系统的状态反馈控制

3.1引 言

3.2系统描述

3.3系统稳定性分析

3.4状态反馈控制器设计

3.5数例及仿真

3.6本章小结

第四章 线性网络控制系统的H∞控制

4.1引 言

4.2系统描述

4.3系统H∞稳定性分析

4.4 H∞控制器设计

4.5数例及仿真

4.6本章小结

第五章 非线性网络控制系统的H∞控制

5.1引 言

5.2系统描述

5.3系统H∞稳定性分析

5.4 H∞控制器设计

5.5数例及仿真

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2后续研究展望

参考文献

致谢

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目