具有Markov特性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H∞量化反饋控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是通過(guò)實(shí)時(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)把傳感器、執(zhí)行器和控制器相連接而構(gòu)成的一種分布式控制系統(tǒng)。具有成本低、安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單、資源共享和遠(yuǎn)程操控等眾多優(yōu)點(diǎn)，并在實(shí)際工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于網(wǎng)絡(luò)的介入，數(shù)據(jù)信息不可避免地在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的傳輸過(guò)程中出現(xiàn)一系列問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)誘發(fā)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包和信號(hào)量化等。它們的存在降低了控制系統(tǒng)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，針對(duì)具有多重網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究具有重大的理論和應(yīng)用價(jià)

2、值，正日益成為目前控制理論界研究的熱點(diǎn)。另外，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)會(huì)面臨干擾及環(huán)境變化等因素帶來(lái)的隨機(jī)擾動(dòng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)變化，Markov鏈可以很好的描述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)誘發(fā)時(shí)延和丟包的隨機(jī)性，因此Markov跳變系統(tǒng)的提出，對(duì)解決控制領(lǐng)域此類(lèi)隨機(jī)問(wèn)題起到了極大的推動(dòng)作用。另外，由于系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰而引起嚴(yán)重的后果，這使得我們不得不在設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器的同時(shí)關(guān)注當(dāng)系統(tǒng)元件出現(xiàn)故障的問(wèn)題。本文的主要工作可以概括如下:
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3、.研究了具有時(shí)延和量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞量化反饋控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先，利用轉(zhuǎn)移概率部分未知的Markov鏈來(lái)刻畫(huà)系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)變化規(guī)律，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)統(tǒng)建模成Markov跳變系統(tǒng)，將量化誤差的影響轉(zhuǎn)化為扇形界下的不確定性，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是時(shí)變的。通過(guò)構(gòu)建Lyapunov-Krasovskii泛函，基于LMI得到了系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件并具有H∞性能指標(biāo)γ，并利用錐補(bǔ)線性化算法給出了H∞量化反饋控制器的設(shè)計(jì)方法。然后，在此基礎(chǔ)上針對(duì)不確定網(wǎng)絡(luò)

4、控制系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)移概率部分未知的Markov鏈來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)時(shí)延，所得到的H∞量化反饋控制器，使系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的同時(shí)具有H∞性能指標(biāo)γ。最后，通過(guò)數(shù)值仿真實(shí)例驗(yàn)證了算法的有效性。
　　2.研究了具有多重網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞控制問(wèn)題。所涉及的時(shí)延包括隨機(jī)時(shí)延和分布式時(shí)延，利用轉(zhuǎn)移概率部分未知的Markov鏈來(lái)描述系統(tǒng)的隨機(jī)時(shí)延，并將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)統(tǒng)建模成Markov跳變系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建新的Lyapunov-Krasovski

5、i泛函處理無(wú)窮分布式時(shí)延，所得到的H∞控制器使系統(tǒng)指數(shù)均方穩(wěn)定的同時(shí)具有H∞性能指標(biāo)γ。仿真實(shí)例驗(yàn)證了算法的有效性。
　　3.研究了具有數(shù)據(jù)丟包、分布式延時(shí)和量化的不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞濾波器設(shè)計(jì)問(wèn)題。利用轉(zhuǎn)移概率部分未知的Markov鏈來(lái)描述系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)變化規(guī)律，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)統(tǒng)建模成Markov跳變系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延在不同的延時(shí)大小分布概率是已知的，采用此種方法描述時(shí)延可以有效降低系統(tǒng)的保守性。對(duì)于數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象，采用Berno

6、ulli隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行描述。通過(guò)線性矩陣不等式的理論得到了H∞濾波器和量化反饋控制器的設(shè)計(jì)方法，使濾波誤差系統(tǒng)指數(shù)均方穩(wěn)定的同時(shí)具有H∞性能指標(biāo)。數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了濾波器設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　4.研究了具有量化和隨機(jī)數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞故障診斷問(wèn)題。利用具有兩個(gè)模態(tài)的Markov鏈來(lái)描述隨機(jī)數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模成Markov跳變系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建殘差產(chǎn)生器，將相應(yīng)的故障診斷問(wèn)題轉(zhuǎn)化為H∞濾波器設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建Ly

7、apunov泛函，提出了H∞故障診斷濾波器的設(shè)計(jì)方法，使得故障診斷系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的同時(shí)具有H∞性能指標(biāo)γ。數(shù)值仿真實(shí)例驗(yàn)證了算法方法的有效性。
　　5.針對(duì)具有多重網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和量化的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了H∞故障診斷濾波器和量化反饋控制器的設(shè)計(jì)方法。首先針對(duì)具有Markov時(shí)延、分布式時(shí)延和量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，利用動(dòng)態(tài)量化器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行量化，設(shè)計(jì)了具有動(dòng)態(tài)特性的H∞故障診斷濾波器，使系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能快速檢測(cè)到故障的存在。然后，在