網(wǎng)絡控制系統(tǒng)H∞性能分析及控制器設計.pdf

1、隨著計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域得到越來越廣泛的應用。通過網(wǎng)絡將傳感器、控制器和執(zhí)行器連接起來形成的閉環(huán)系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)利用通信信道將地理位置不同、功能相對獨立的多個系統(tǒng)聯(lián)系起來實現(xiàn)一定功能，具有很高的研究價值和應用價值。
　　網(wǎng)絡控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)資源共享、安裝和維護簡單、具有較高的容錯能力和故障診斷能力、可靠性高等優(yōu)點，因而受到了越來越多的關注。然而，將網(wǎng)絡引入控制系統(tǒng)不可避免地帶

2、來數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡誘導時延、通信限制、多包傳輸、數(shù)據(jù)包時序錯亂等挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)將會嚴重影響系統(tǒng)性能并可能導致系統(tǒng)崩潰。同時，經(jīng)由網(wǎng)絡傳輸?shù)氖芸貙ο蟛蓸訝顟B(tài)和控制輸入不可避免地受到外部擾動的影響，研究如何去除外部擾動的負面影響具有非常重要的意義。H∞性能分析是去除外部擾動負面影響的一個不錯選擇，近年來，H∞性能分析問題得到越來越多的關注。在具有外部擾動的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中，考慮以上網(wǎng)絡誘導特性的基礎上，通過合理地設計控制器來優(yōu)化網(wǎng)絡控制系統(tǒng)H

3、∞性能具有十分重要的理論意義和研究價值。
　　在總結前人研究工作的基礎上，本論文針對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡誘導時延和數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象，提出了具有非均勻分布時延的離散時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)控制器設計方法。針對網(wǎng)絡帶寬限制導致采集的數(shù)據(jù)長度超過網(wǎng)絡容許的最大數(shù)據(jù)包長度的問題，提出了具有非均勻分布時延及丟包的多包傳輸網(wǎng)絡控制系統(tǒng)控制器設計方法。建立了基于通信信道共享的連續(xù)時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)模型，為補償網(wǎng)絡誘導時延和丟包所導致的負面影響，提出了新的控

4、制器設計方法。建立了一種同時考慮傳感器到控制器通信信道存在時延和丟包，控制器到執(zhí)行器存在時延的動態(tài)輸出反饋網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的增廣閉環(huán)模型，該模型解決了連續(xù)時間動態(tài)輸出反饋控制的建模問題，基于該模型給出了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)動態(tài)輸出反饋控制器設計方法?？紤]傳感器到控制器通信信道存在時延和丟包，控制器到執(zhí)行器存在時延的連續(xù)時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，提出了基于觀測器的控制器設計方法。
　　本文的主要工作包括:
　　研究了一種同時存在丟包和非均勻分布時

5、延的離散時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的控制器設計問題。通過構造具有丟包和非均勻分布時延的離散時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)模型，提出新的Lyapunov泛函并利用線性矩陣不等式方法，給出了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)H∞控制器設計方法。不同于現(xiàn)有文獻中將時延中點作為時延分界點的方法，給出了時延分界點優(yōu)化選取算法，優(yōu)化了系統(tǒng)性能。
　　針對傳感器到控制器通信信道和控制器到執(zhí)行器通信信道中分別存在非均勻分布時延和丟包的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，建立了兩種基于多包傳輸?shù)倪B續(xù)時間系統(tǒng)模型。基

6、于建立的模型，利用Jensen不等式，給出了具有非均勻分布時延和丟包的多包傳輸網(wǎng)絡控制系統(tǒng)鎮(zhèn)定控制器設計準則。
　　研究了基于雙通信信道共享的連續(xù)時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的控制器設計問題。通過引入基于雙通信信道共享的補償方法，建立了一種在一個更新周期可收到多個控制輸入的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)模型?；谠撃Ｐ停o出了一種有效的控制器設計準則，優(yōu)化了系統(tǒng)的H∞性能。即使對于未采用時延和丟包補償?shù)木W(wǎng)絡控制系統(tǒng)，提出的控制器設計準則依然可行。
　　給

7、出了線性連續(xù)時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)動態(tài)輸出反饋控制器設計準則?？紤]傳感器到控制器通信信道存在時延和丟包，控制器到執(zhí)行器通信信道存在時延，且控制器為時鐘驅動的情況，建立了一種新的動態(tài)輸出反饋控制網(wǎng)絡控制系統(tǒng)增廣閉環(huán)模型。通過把控制器是否將同一時刻采集的系統(tǒng)量測輸出作為控制器輸入定義為一個事件，并考慮該事件的非均勻分布特性，定義新的Lyapunov泛函并引入線性估計方法補償網(wǎng)絡時延，給出了動態(tài)輸出反饋控制器的設計方法。
　　研究了基于觀測器