帶有非確定丟包與時延的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)是一種可以通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令傳輸?shù)拈]環(huán)反饋控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的點對點式的控制系統(tǒng)相比,NCS可以大大減小系統(tǒng)的布線數(shù),并且易于擴(kuò)展和維護(hù)。然而,隨著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)介入反饋控制循環(huán),NCS的分析設(shè)計變得更為復(fù)雜。由于共享數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中存在著不可避免的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)丟包等問題,如果在設(shè)計控制系統(tǒng)時不加考慮,網(wǎng)絡(luò)時延和丟包可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此,這種非理想網(wǎng)絡(luò)狀況下的NCS設(shè)計一直作為國內(nèi)外控

2、制理論與應(yīng)用領(lǐng)域的一個研究熱點。本文對非理想網(wǎng)絡(luò)狀況的NCS的建模、分析及控制器設(shè)計問題進(jìn)行了新的嘗試。
　　 首先,本文概要地介紹了NCS的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、NCS中存在的主要問題,以及NCS的研究意義。同時,從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)MAC層傳輸協(xié)議基本理論的角度詳細(xì)地分析了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)包丟失兩個主要問題產(chǎn)生的原因。
　　 針對帶有隨機(jī)時延的NCS,研究了一種通過網(wǎng)絡(luò)中間件對原有控制器的輸出進(jìn)行外部增益調(diào)整的方法,以

3、實現(xiàn)不改變現(xiàn)有控制器的前提下,動態(tài)補(bǔ)償隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延對控制系統(tǒng)的影響。利用離散二次型最優(yōu)規(guī)劃算法設(shè)計了二次型最優(yōu)增益參數(shù)序列,建立了與隨機(jī)時延序列相對應(yīng)的二次型最優(yōu)增益參數(shù)序列查詢表,并介紹了利用查表法進(jìn)行在線調(diào)整增益策略的步驟。通過仿真實例驗證了這種外部增益調(diào)整策略可以有效地補(bǔ)償隨機(jī)時延對控制系統(tǒng)的影響。
　　 同時,本文還研究了帶有Markovian丟包的NCS的建模及隨機(jī)穩(wěn)定控制問題。本文考慮的Markovian丟包更具一般

4、性,即丟包的轉(zhuǎn)移概率矩陣中存在若干未知或不可獲得元素。首先,利用離散化方法將丟包NCS建模為馬爾可夫跳變系統(tǒng)。其次,結(jié)合馬爾可夫跳變系統(tǒng)理論和依賴于丟包的李亞普諾夫函數(shù)方法,給出了閉環(huán)NCS隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件。同時,利用線性矩陣不等式方法,給出了基于丟包的隨機(jī)穩(wěn)定控制器的設(shè)計方法。最后,通過對比兩種不同方法得到的數(shù)值仿真結(jié)果,驗證了本文所述方法的有效性。
　　 最后,研究了同時帶有隨機(jī)丟包和網(wǎng)絡(luò)時延的NCS的建模與隨機(jī)穩(wěn)定控制問