同时具有丢包和时延的多速率网络控制系统稳定性分析

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在多速率网络控制系统中,控制器、传感器、执行器等节点的采样周期不是唯一的,也就是说系统具有多个采样速率。相较于单速率控制系统,采用多速率架构有利于提高系统的控制性能,可以说是控制系统发展的必然结果。目前关于网络控制系统的文献大部分建立在单速率上,但是不能照搬用于多速率控制系统,因此有必要对多速率网络控制系统进行新的认识。首先,本文建立了多速率网络控制系统在同时具有时延和丢包情况下的控制模型。通过引入通讯序列,分析了系统在这两种情况下的能控和能观性,分别给出了系统能控的充分条件,和能观的充分必要条件。其次,结合系统丢包的物理过程,将系统建模为一个变采样周期的网络控制系统。提出的Lyapunov函数在每个采样点退化,有效降低了系统结果的保守性。结合自由权重矩阵方法以及LMI方法,给出了系统稳定的条件,设计了H控制器。并且,设计了多速率NCS的H保性能控制器。对给定的H干扰存在上界下,系统均方稳定,且性能函数小于一个常数上界。给出了确定系统性能上界的方法,将求解性能函数上界问题转化为解具有线性不等式约束的凸优化问题。最后,研究了多速率网络控制系统的跟踪控制。结合参考输入模型的情况,给出了跟踪系统的结构和闭环控制模型,跟踪系统闭环随机均方稳定的条件和状态反馈控制律。
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