離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的建模與控制研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化需求不斷提高，傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)的控制策略已經(jīng)不能滿足對控制系統(tǒng)的性能要求，點(diǎn)對點(diǎn)的結(jié)構(gòu)在很多場合逐漸被通信網(wǎng)絡(luò)所取代，系統(tǒng)中的傳感器、控制器、執(zhí)行器等部件通過通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行連接的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)由此產(chǎn)生。與傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)相比，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)有很多優(yōu)勢，比如降低布線成本，易于診斷與維護(hù)，增加系統(tǒng)的可靠性等，因此在航空、航天、軍事、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及交通等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。然而反饋回路中網(wǎng)絡(luò)的引入使得網(wǎng)絡(luò)化控制

2、系統(tǒng)的分析與設(shè)計變得更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)通信延時、丟包、多包、抖動、亂序等問題使得系統(tǒng)的性能下降甚至不穩(wěn)定。因此，對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義及實(shí)際應(yīng)用價值。
　　本文主要從單包傳輸與多包傳輸兩方面研究網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的建模、控制與故障檢測問題，并基于移動機(jī)器人設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺。主要研究工作如下：
　　第1章介紹了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的概念及其產(chǎn)生的過程，描述了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的三種基本結(jié)構(gòu)，接著分析網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的

3、若干基本問題，并綜述了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，最后概述了本論文的主要研究內(nèi)容。
　　第2章考慮離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中具有單包傳輸?shù)那闆r，研究含有任意時變時延以及數(shù)據(jù)包丟失的離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性分析及魯棒控制問題。針對雙邊網(wǎng)絡(luò)同時含有數(shù)據(jù)包丟失及任意時變網(wǎng)絡(luò)時延的離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，建立具有普遍意義的離散系統(tǒng)模型。
　　第3章考慮離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中具有多包傳輸?shù)那闆r，研究含有任意時變時延以及數(shù)據(jù)包丟失的離散網(wǎng)絡(luò)化

4、控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性分析及魯棒控制問題。針對含有多包傳輸、數(shù)據(jù)包丟失以及時變網(wǎng)絡(luò)短時延的離散網(wǎng)絡(luò)化控制系H∞統(tǒng)，建立具有普遍意義的離散系統(tǒng)模型。首先從無時延及含有時變短時延兩方面把同時含有多包傳輸、數(shù)據(jù)包丟失的離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)建模成為具有固定事件率約束的異步動態(tài)系統(tǒng)(ADS)，推導(dǎo)出使系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件并給出了鎮(zhèn)定控制器的具體求解算法。再從系統(tǒng)含有外界干擾以及不含外界干擾兩方面把同時含有丟包、多包及時變短時延的離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)

5、建模成為具有任意切換信號的離散線性切換系統(tǒng)，并結(jié)合切換Lyapunov函數(shù)研究系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和魯棒控制問題。
　　第4章從單包傳輸及多包傳輸兩種情況來研究離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測問題。首先針對含有時變網(wǎng)絡(luò)短時延及范數(shù)有界的未知輸入影響的單包傳輸網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，設(shè)計魯棒故障檢測濾波器，最終將故障檢測濾波器的設(shè)計問題轉(zhuǎn)化成一類具有線性矩陣不等式約束和目標(biāo)函數(shù)的凸優(yōu)化問題，然后考慮同時含有數(shù)據(jù)包丟失及多包傳輸?shù)碾x散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，利

6、用多包傳輸及數(shù)據(jù)包丟失的特點(diǎn)將誤差系統(tǒng)等效為離散線性切換系統(tǒng)，利用切換系統(tǒng)理論推導(dǎo)出使誤差系統(tǒng)在任意切換信號下漸近穩(wěn)定并具有H∞性能指標(biāo)γ的充分條件。
　　第5章采用上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司生產(chǎn)的智能風(fēng)暴研究版AS-R型機(jī)器人作為被控對象，以機(jī)器人避障為例構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺，為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的算法驗(yàn)證提供試驗(yàn)環(huán)境。整體系統(tǒng)分為視覺子系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)兩部分進(jìn)行構(gòu)建，詳細(xì)給出了控制子系統(tǒng)及視覺子系統(tǒng)的設(shè)計過程及網(wǎng)絡(luò)接口的