具有采样抖动的线性网络化控制系统的控制算法设计

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近年来,网络通信技术和工业控制计算机技术的不断发展为工业控制系统带来一系列重大变革。网络化控制系统也随之迅速发展,其主要特点就是将计算机网络加入到控制系统中,传感器、执行器和控制器通过网络连接并完成信号的传输和数据的交换。相较于传统点对点控制系统,网络化控制系统避免了繁杂的专线布设,便于资源共享,远程操控性强,系统的灵活性和可靠性高。鉴于这些优点,网络化控制系统已经成为一个学术领域和工控领域研究的焦点。为了改善系统的性能,网络作为通信媒介被加入到了传统的控制系统中,然而也随之带来一些网络化控制系统所特有的问题:网络诱导时延、数据包丢失和乱序问题等。这些问题的存在,不仅会影响系统的控制性能,严重时还能导致系统的不稳定。再者,当系统中存在采样周期抖动,使得系统的采样周期不准确时,也会影响系统的稳定性和动态性能。因此,无论在理论层面还是在现实层面,对于网络化控制系统的研究都具有非常重要的意义。本文利用现代控制理论,结合线性矩阵不等式理论,对含有采样周期抖动的网络化控制系统进行了建模、分析和控制方面的研究,具体工作如下:首先,在存在采样抖动的情况下,针对具有时变短时延网络化控制系统,进行了系统的建模和稳定性分析研究,并且引入了网络化控制系统有限时间稳定这一新的研究内容。通过建立了一种新型不确定网络化控制系统模型,并结合线性矩阵不等式,解决了系统的有限时间稳定和有限时间镇定问题。其次,解决了具有采样抖动,短时变网络诱导时延和丢包的网络化控制系统的镇定性问题。提出了一种新型的具有扰动的不确定切换系统模型来描述所考虑的网络化控制系统,模型虽然简单却有效。通过平均驻留时间方法和鲁棒H∞控制方法,并以线性矩阵不等式的形式给出了求取状态反馈控制器的充分条件。最后,本文应用NetCon系统进行的真实网络环境下的仿真实验,对所求取的控制器效果进行了验证。
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