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(duì)點(diǎn)的控制策略已經(jīng)不能滿足對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)在很多場(chǎng)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(guò)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)相比，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)有很多優(yōu)勢(shì)，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(jì)變得更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)通信延時(shí)、丟包、多包、抖動(dòng)、亂序等問(wèn)題使得系統(tǒng)的性能下降甚至不穩(wěn)定。因此，對(duì)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(jià)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(cè)問(wèn)題，并基于移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)。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(guò)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(wèn)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?jī)?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(shí)變時(shí)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(wèn)題。針對(duì)雙邊網(wǎng)絡(luò)同時(shí)含有數(shù)據(jù)包丟失及任意時(shí)變網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(shí)變時(shí)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(wèn)題。針對(duì)含有多包傳輸、數(shù)據(jù)包丟失以及時(shí)變網(wǎng)絡(luò)短時(shí)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(wú)時(shí)延及含有時(shí)變短時(shí)延兩方面把同時(shí)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(dòng)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?gòu)南到y(tǒng)含有外界干擾以及不含外界干擾兩方面把同時(shí)含有丟包、多包及時(shí)變短時(shí)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(hào)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(wèn)題。
　　第4章從單包傳輸及多包傳輸兩種情況來(lái)研究離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)問(wèn)題。首先針對(duì)含有時(shí)變網(wǎng)絡(luò)短時(shí)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(jì)魯棒故障檢測(cè)濾波器，最終將故障檢測(cè)濾波器的設(shè)計(jì)問(wèn)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(wèn)題，然后考慮同時(shí)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(hào)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(duì)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(tái)，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(jué)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(jué)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程及網(wǎng)絡(luò)接口的