时滞网络系统分析及其在牵引控制中的应用

摘要

通过通信网络形成的反馈控制系统称为网络控制系统（Networked Control Systems,NCSs）。相比于传统的控制模式，NCSs具有共享信息资源、便于安装和维护、高可靠性等优点。随着计算机网络技术的逐渐成熟，NCSs在许多不同的领域中得到应用。但网络的引入会带来时滞等问题，它们会使整个控制系统性能变差，严重时可能导致系统不稳定。网络化牵引控制是通过网络来实现对交流异步电动机的控制，网络中的时滞和数据丢包等会对整个系统的性能产生影响。本文首先讨论了连续时间和离散时间的NCSs的稳定性问题，然后进行了网络化牵引系统的保性能控制器设计问题的研究。论文的主要研究成果如下：　　(1)研究了含有变时滞的连续时间NCSs的鲁棒稳定问题。构造新的包含两个三重积分项的NCSs泛函，并结合自由权矩阵不等式和新的三阶矩阵不等式，推导出保证NCSs稳定的判定准则，并给出了保证NCSs鲁棒性能稳定的判定准则。算例分析说明了本文所提方法和已有方法相比是有提高的。　　(2)研究了含有变时滞的离散时间NCSs的稳定性和反馈控制器的设计问题。首先，推导了一个具有更小保守性的累加不等式，并证明已有的一些被广泛应用的累加不等式是该不等式的特例。接着给出了一个新的保证NCSs稳定的判定准则，进行了状态反馈控制器的设计，结合改进的锥补偿算法(ICCL)来获得保证NCSs稳定的控制器的参数。最后，通过数值分析来说明该方法的优越性，并结合一个实际例子来说明该方法的实用性。　　(3)研究了牵引NCSs的保性能控制器的设计问题。利用Lyapunov-Krasovskii泛函和保守性更小的积分不等式，得到了满足一定性能指标条件下，NCSs存在保性能控制器的充分条件。给出求取系统保性能控制器的方法，并利用ICCL算法进行控制器的求解。通过算例分析验证本文控制器设计方法的有效性，并进行牵引NCSs保性能控制器的设计。

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第一章 绪论

1.1 选题研究背景及意义

1.2 网络控制系统的研究现状

1.3 电机网络化控制研究现状

1.4 预备知识

1.5 本文的主要研究工作与结构安排

第二章 连续时间网络控制系统的鲁棒稳定性分析

2.1 引言

2.2 系统描述

2.3 H∞稳定性分析

2.4 算例仿真与分析

2.5 本章小结

第三章 离散时间网络控制系统的稳定性及反馈控制器设计

3.1 引言

3.2 系统描述

3.3离散时滞系统稳定性分析

3.4反馈控制器设计

3.5 算例仿真与分析

3.6 本章小结

第四章 网络化牵引控制系统建模

4.1 交流异步牵引电机的数学模型

4.2 网络化牵引控制系统模型

4.3 基于TrueTime的网络化牵引控制系统仿真

4.4 本章小结

第五章 网络化牵引控制系统的保性能控制

5.1 引言

5.2 系统描述

5.3 保性能控制器存在的条件

5.4 保性能控制器的设计方法

5.5 保性能控制器参数求解算法

5.6 算例仿真与结果分析

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要工作和创新点

6.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢