具有不确定时延和丢包的网络控制系统控制问题研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dfjixie2010
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网络控制系统将控制器、执行器、传感器等重要元器件通过互联网相互连接,通过网络进行传输信号和数据,改变了传统控制系统点对点的连接方式,从而避免了在各部件之间铺设专线,解决了传统控制系统成本高、后期检修难的问题。目前网络控制系统已经应用于多个领域,如航空航天、交通运输、电力传送等。然而,网络控制系统将元件连入通信互联网,又不可避免地带来了新问题:如网络时延、数据包丢失等。本文分别针对具有外界干扰、参数不确定等情况下的线性离散网络控制系统,在具有时延和丢包的网络环境下,研究了使系统稳定的控制问题。主要研究内容如下:(1)针对一类具有外界干扰的线性时不变的网络化控制系统,设计使得闭环系统均方意义下指数稳定的H∞状态反馈控制器。已知系统从传感器到控制器之间具有时变时延和数据包丢失,控制器到执行器之间具有时变时延。假设网络诱导总时延为短时延。使用概率已知的Bernoulli随机序列描述丢包过程。选择合适的Lyapunov函数,根据Lyapunov原理,经过推导得到控制器存在的充分条件,再利用LMI方法将该方程转换成线性矩阵不等式。最后的仿真说明了设计的控制器是有效的。(2)针对一类参数不确定线性时不变离散网络控制系统,考虑网络控制环境下存在的网络诱导时延、数据丢包、外部扰动和系统参数不确定等复杂因素,设计使NCS稳定的H∞状态反馈控制器。考虑系统在传感器到控制器之间以及控制器到执行器之间存在丢包,将具有确定性丢包过程的通讯网络看作以一定概率切换的开关,从而将NCS的模型定义为具有4种情况的异步动态系统。根据Lyapunov原理和LMI方法计算得到控制器存在的充分条件。最后的仿真说明了设计的控制器是有效的。(3)针对一类具有时变参数的线性离散网络控制系统,设计基于观测器的H∞状态反馈控制器。假设系统在传感器与控制器之间存在时变时延,控制器与执行器之间既有时变时延又存在丢包,其中,丢包满足Bernoulli随机序列。基于LMI和Lyapunov稳定性理论,推导得到控制器存在的充分条件。最后的仿真说明了设计的控制器是有效的。
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