具有隨機時滯與丟包的網絡控制系統(tǒng)分析與設計研究.pdf

1、網絡控制系統(tǒng)(NCS)具有成本低、系統(tǒng)故障診斷和維護方便、靈活性強等優(yōu)點,因此被廣泛應用于設備制造、工業(yè)自動化以及航空航天等領域。然而,網絡的引入不可避免地帶來了時滯、數據丟包、數據包時序錯亂等問題,這使得NCS的分析和設計非常復雜。本文主要考慮網絡的引入所帶來的網絡誘導時滯和數據包丟失等問題,利用線性矩陣不等式(LMI)、李亞普諾夫穩(wěn)定性理論、奈奎斯特穩(wěn)定判據作為理論分析的主要依據,研究了具有隨機時滯和數據包丟失的NCS的模型建立、穩(wěn)

2、定性分析以及控制器設計問題。通過仿真實驗對所得到的理論結果的可行性和有效性進行了驗證。本文主要做了以下五方面研究工作:
　　 (1)研究了具有控制包丟失的NCS的隨機最優(yōu)控制問題。針對控制信號丟包,提出了一種新的丟包補償策略,即基于遺忘因子法的丟包補償策略。當發(fā)生控制信號丟包時,執(zhí)行器將利用緩存器中存儲的歷史控制信息,根據遺忘因子法,重構出丟失的控制信號。利用伯努利過程對隨機丟包現象進行數學描述,在此基礎上,結合基于遺忘因子法的

3、丟包補償策略,提出了新的NCS模型?；谠揘CS模型,借助于動態(tài)規(guī)劃方法提出了NCS隨機最優(yōu)控制律。
　　 (2)基于保持一輸入數據丟包補償策略,采用兩種方法研究了同時具有隨機傳感器量測數據丟包和控制信號丟包的NCS鎮(zhèn)定問題。i)利用丟包的概率作為隸屬度,建立系統(tǒng)T-S模糊模型,將隨機系統(tǒng)轉化為非隨機系統(tǒng),在此基礎上,設計狀態(tài)觀測器抵消計算擾動,進一步得到可以使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件。ii)針對隨機NCS模型,基于李亞普諾夫穩(wěn)定性理

4、論,得到可以使閉環(huán)系統(tǒng)全局均方漸進穩(wěn)定的充分條件,并通過LMI方法給出了狀態(tài)反饋控制律的增益矩陣。
　　 (3)考慮傳感器節(jié)點到控制器節(jié)點(S/C)和控制器節(jié)點到執(zhí)行器節(jié)點(C/A)隨機時滯同時存在的情況,研究了NCS的輸出反饋鎮(zhèn)定問題。通過在執(zhí)行器端添加緩存器使得S/C和C/A時滯合并為一個新的時滯,利用馬爾可夫鏈對這個新時滯進行數學描述,在此基礎上,給出了閉環(huán)系統(tǒng)均方穩(wěn)定的充分必要條件,進一步設計了單模態(tài)依賴輸出反饋控制器,

5、該輸出反饋控制器的增益矩陣可以通過求解LMI方便地得到。
　　 (4)針對一類高階不穩(wěn)定NCS,研究了PID鎮(zhèn)定問題?；谀慰固胤€(wěn)定判據,分別給出了利用P/PI、PD/PID控制規(guī)律使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的網絡誘導時滯的上界,并得到了確定這四種控制器參數的方法。作為特例,利用本文的結論可以直接得到二階不穩(wěn)定NCS的相關研究成果。
　　 (5)針對網絡控制下的二階質量-彈簧-阻尼系統(tǒng),利用“時滯可以鎮(zhèn)定振蕩系統(tǒng),并且時滯可以改善