網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定與控制研究.pdf

1、本文在詳細(xì)分析網(wǎng)絡(luò)化的不利影響的基礎(chǔ)上，利用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論、時(shí)滯系統(tǒng)理論、切換系統(tǒng)理論、脈沖系統(tǒng)理論的一些現(xiàn)有結(jié)果，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性和控制方法進(jìn)行了相關(guān)研究。為確保建模的合理性與實(shí)用性，本文首先概括總結(jié)了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究文獻(xiàn)中關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化的影響分析，以及解決這些不利影響的各種現(xiàn)有方法。定性的網(wǎng)絡(luò)化影響分析對于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模工作具有重要的指導(dǎo)意義。網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)滯是網(wǎng)絡(luò)化給控制系統(tǒng)帶來的最顯著的不利影響，迄今已有的工

2、作多數(shù)只針對定常網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)滯的研究，關(guān)于時(shí)變時(shí)滯的討論則非常少見。為填補(bǔ)這個(gè)空白，本文對時(shí)變傳輸時(shí)滯影響的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模與分析工作。首先在離散系統(tǒng)的框架下為此類系統(tǒng)建立了時(shí)變時(shí)滯線性區(qū)間系統(tǒng)模型，進(jìn)一步利用離散系統(tǒng)的李亞普諾夫穩(wěn)定性理論與方法以及矩陣不等式的相關(guān)理論，研究了這些模型的魯棒穩(wěn)定性問題；另外，考慮到非線性被控對象在實(shí)際系統(tǒng)中具有更廣泛的代表性，本文還研究了非線性不確定時(shí)變時(shí)滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模及穩(wěn)定性分析工作，利用非

3、線性映射的雅各比矩陣等手段得到了簡潔的穩(wěn)定性判據(jù)。除了時(shí)滯的影響之外，不可靠的網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)常會(huì)造成分組信息的丟失，亦即所謂的數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象。對于數(shù)據(jù)丟包為主要不利影響的所謂有損網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，本文分別從連續(xù)和離散兩種情況使用切換系統(tǒng)模型進(jìn)行了描述，并首次提出了這類切換系統(tǒng)模型與一類脈沖系統(tǒng)的關(guān)于穩(wěn)定性的等價(jià)定理，從而將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為脈沖系統(tǒng)進(jìn)行研究。我們將切換系統(tǒng)中關(guān)于“慢切換”情況下駐留時(shí)間與穩(wěn)定性關(guān)系的結(jié)論予以引申應(yīng)用于脈沖系統(tǒng)之上，

4、得到了此類脈沖系統(tǒng)(含脈沖微分系統(tǒng)和脈沖差分系統(tǒng))的漸近穩(wěn)定性條件。注意到這些條件蘊(yùn)涵著豐富的物理意義，與實(shí)際情況基本符合。另外，對于離散情形的有損網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，本文利用研究得到的脈沖差分方程穩(wěn)定性條件和線性矩陣不等式的性質(zhì)，進(jìn)一步地討論了其在參數(shù)為不確定性時(shí)的魯棒鎮(zhèn)定問題。這些模型、穩(wěn)定性條件與提出的控制律設(shè)計(jì)方法都是首創(chuàng)。關(guān)于數(shù)據(jù)丟包影響的有損網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，本文還研究了它們在模型為不確定時(shí)滿足某二次型性能指標(biāo)的保成本控制問題。由于連

5、續(xù)線性時(shí)變系統(tǒng)的基本解矩陣顯式表達(dá)的困難性，本文并未直接研究在連續(xù)情況下的有損網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的保成本控制問題，而只是分析了其中的一個(gè)特例——一類參數(shù)不確定脈沖微分系統(tǒng)的保成本控制問題?；诰€性矩陣不等式優(yōu)化方法，得到了其保成本控制律的存在條件和設(shè)計(jì)方法。關(guān)于離散情形，直接利用已經(jīng)得到的魯棒鎮(zhèn)定問題的結(jié)論以及線性矩陣不等式的方法，我們同樣得到了有損網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的保成本控制律的存在條件和設(shè)計(jì)方法。另外，對于不確定有損網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，我們還研究了

6、此類系統(tǒng)在某種程度的數(shù)據(jù)丟包率影響下具有一定H∞性能界的魯棒狀態(tài)反饋控制問題，得到了其控制律的設(shè)計(jì)方法，結(jié)果以一組線性矩陣不等式表示。本文首次提出了網(wǎng)絡(luò)化脈沖控制系統(tǒng)的概念并研究了新環(huán)境下的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。針對數(shù)據(jù)丟包的情形，本文定義了一個(gè)N步丟包率的概念，并論證了N步丟包率與網(wǎng)絡(luò)化脈沖控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定性之間的關(guān)系?？紤]傳輸時(shí)滯對網(wǎng)絡(luò)化脈沖控制系統(tǒng)的影響，我們構(gòu)造了基于系統(tǒng)模型的預(yù)測器，并使用此預(yù)測器根據(jù)延遲的反饋值預(yù)測出系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的