超采样模式下网络控制系统的控制器设计及实验分析

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在网络控制系统的研究领域中,主要有采样周期,数据丢包,网络诱导时延,网络调度等,本文主要以网络控制系统的采样策略——超采样为出发点,以由导师编写的Springer 图书《Optimal Design of Distributed Control and Embedded Systems》的 Part Ⅲ部分为理论基础及《Analytic Curve,Frequency-Sweeping Stability Tests for Systems with Commensurate Delays》中的渐近行为分析方法为思想基础,研究超采样模式下控制器设计及可镇定域求解问题。首先,鉴于该问题的复杂性,在给定的网络控制系统模型下,我们先借助LMI求得单采样模式下的网络控制系统的可镇定域及对应的反馈增益矩阵。在单采样模式下的上确界,即临界稳定状态,引入超采样模式,根据系统的连续性,进行了超采样模式下的采样序列的参数扫描。进而,在超采样模式下的临界稳定边界,我们首次提出将时滞系统的渐近行为分析方法运用在网络控制系统中,对控制器进行设计,即通过调节反馈增益矩阵的各个元素使得临界特征根的根轨迹向单位圆内收敛,从而,使系统得到新的反馈增益矩阵及渐近稳定条件,重复上述步骤,便不断获得新的可镇定域。在此,我们可以很容易的看出在超采样模式下的可镇定域大于单采样模式下的可镇定域,达到了节省系统资源的目的。最后,为了对前面的理论结果加以验证,本文搭建了验证上述理论的数据采集实验平台。该实验平台由一个直流电机,一个直流测速电机,一个数据采集卡,一个光电码盘和一台笔记本电脑组成。在这部分中,首先建立系统的数学模型;然后在搭建好的实验平台上通过控制器将超采样模式下可镇定域内的最大采样周期的值作为采样控制信号传输给数据采集卡;接着数据采集卡采集直流测速电机和光电码盘的实时信息;使得控制器读取采样信息,并进行理论处理;最后通过观察电机的各个指标的动态响应曲线,完成对理论研究的验证。
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