广义网络控制系统分析、建模与控制

《广义网络控制系统分析、建模与控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、东北大学博士学位论文摘要广义网络控制系统分析、建模与控制摘要随着计算机、网络和通信技术的飞跃发展，智能化传感器、执行机构和驱动设备的诞生奠定了网络控制系统(NCS，NetworkedControlSystems)的物质基础，高速以太网和现场总线技术的不断发展和成功应用解决了NCS的可靠性和开放性问题，推动了NCS的广泛应用。NCS充分体现了控制系统网络化、集成化、分布化及节点智能化的发展趋势。然而，NCS不确定的数据传输会降低控制系统的性能甚至使系统失稳等问题亟待研究和解决。这篇博士论文针对两类控制对象：线性时不变正常被控对象和线性时不变广义(奇异)被

2、控对象，考虑NCS中存在的网络诱导时延、数据包丢失和外部扰动等主要问题，以控制网络的服务质量为基础，围绕着NCS的性能指标，研究了NCS的建模、鲁棒镇定、何。最优控制、保性能最优控制、Ⅳ。状态观测器设计等问题，主要研究成果如下：I．针对线性时不变正常被控对象，当传感器时钟驱动、控制器和执行器事件驱动、不确定时延不超过一个采样周期情况下，利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式描述，研究了动态输出反馈NCS的建模、鲁棒镇定、保性能最优控制和对于噪声扰动的Ⅳ。最优控制问题以及对于不确定时延的日。状态观测器设计和基于状态观测器的NCS鲁棒稳定性问题。将动态输

3、出反馈NCS建模为含有不确定性的离散时变系统。分别给出了动态输出反馈NCS鲁棒稳定的条件和鲁棒镇定律、保性能最优控制律和日。最优控制律设计方法；给出了Ⅳ。状态观测器的设计方法和基于状态观测器的NCS鲁棒稳定的条件。2．针对线性时不变正常被控对象，同时考虑网络诱导时延和数据包丢失以及传感器与控制器、控制器与执行器之间均存在网络的情况，研究了NCS的建模、指数稳定性和控制器设计等问题。将状态反馈和动态输出反馈NCS统一建模为由结构事件率约束的异步动态开关系统，给出了结构事件率和数据包丢失率之间的关系。基于建立的NCS统一模型，给出了系统指数稳定容许的数据包

4、丢失率上界的关系以及系统指数稳定的数据包丢失率和开环系统结构的关系。分别给出了由数据包丢失率约束的状态反馈和动态输出反馈NCS指数稳定的条件和相应的控制律设计方法。东北大学博士学位论文摘要控制器时钟驱动、异步采样、执行器事件驱动、网络诱导时延是分布的但有上界的多输入多输出动态输出反馈NCS建模为由时延特性决定的线性时变离散正常系统。(2)将传感器时钟驱动、控制器和执行器事件驱动、网络诱导时延不确定但不超过一个采样周期的动态输出反馈NCS建模为含有不确定性的线性离散时变正常系统，并研究了该系统的鲁棒稳定性和鲁棒镇定问题，给出了鲁棒稳定条件和鲁棒镇定律设计

5、方法。(3)将具有控制输入约束、网络诱导时延有上界的状态反馈NCS建模为线性时变连续广义系统，并研究了无输入控制约束时系统的时延相关渐近稳定性，给出了对延相关渐近稳定的条件和系统稳定容许的最大允许时延的求取方法。4，针对具有控制输入约束的线性时不变正常被控对象，研究了两类NCS的建模和稳定性问题。(1)将具有控制输入约束、有界分布时延的状态反馈和动态输出反馈多输入多输出NCS分别建模为连续时变系统。基于建立的NCS模型，研究了多输入多输出状态反馈NCS时延相关稳定性，给出了该系统渐近稳定的条件和系统稳定的最大允许时延求取方法；研究了多输入多输出动态输出

6、反馈NCS时延独立稳定性，给出了系统时延独立稳定的条件。(2)将具有控制输入约束和不确定时延的状态反馈NCS建模为具有不确定性的离散对变系统。基于建立的系统模型，研究了系统的鲁捧稳定性和鲁棒镇定问题，给出了系统鲁棒稳定的条件和鲁棒镇定律设计方法。5．利用基于Matlab／Simlink的实时仿真工具TrueTime，研究了传感器时钟驱动、控制器和执行器事件驱动、采用比例一微分控制器的输出反馈NCS的仿真问题。建立了NCS仿真模型，并针对三种情况分别进行了仿真研究：(1)有时延；(2)有时延和数据包丢失(恒定丢包率、随机丢包率)：(3)有时延、数据包丢失

7、和扰动，并给出了相应情况下系统输出和控制输入的仿真曲线，同时阐明了稳定性与网络诱导时延、数据包丢失率、网络负载扰动和数据通信率等因素的关系。关键词；网络控制系统；广义系统；稳定性分析；控制器设计；线性矩阵不等式；网络诱导时延：数据包丢失；系统仿真·Ⅲ·东北大学博士学位论文AbstractTheAnalysis，ModelingandControlforDescriptorNetworkedControlSystemsAbstractWiththerapiddevelopmentsofcomputer,networkandcommunicationtec

8、hnology,thenaissanceofintelligentizedsensor,exe