網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的優(yōu)化建模與控制方法研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)位于控制理論和通訊理論的交叉點.隨著近些年來通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計也受到越來越多的關(guān)注.由于通訊網(wǎng)絡(luò)的引入，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的“點對點”直接相連的控制系統(tǒng)相比具有很多優(yōu)點，例如布線簡單，結(jié)構(gòu)靈活，易于安裝維護等.然而，通訊網(wǎng)絡(luò)自身的一些特性，例如延時，丟包，帶寬約束等，同樣會給控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來許多新的問題.這些問題不僅破壞了控制系統(tǒng)的性能，而且使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計變得異常復(fù)雜.因此，如何通過有效

2、的控制理論方法來解決這些問題，已經(jīng)成為控制領(lǐng)域內(nèi)的一個研究熱點.本文針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的優(yōu)化建模以及控制方法進行了深入的分析和研究，其主要工作如下:
　　1.針對一類帶有分段常數(shù)廣義采樣保持函數(shù)(PCGSHF)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，研究了其建模及綜合設(shè)計問題.考慮到網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的時滯和丟包現(xiàn)象，提出了一個具有PCGSHF的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模型.通過使用一個多基準點參數(shù)方法，所獲得的模型被劃分為兩個部分，一個與給定的多基準點相關(guān)，另一個與有

3、界不確定的多基準點相關(guān).這種劃分實現(xiàn)了通過給定有限個多基準點來設(shè)計無窮多個滿足穩(wěn)定性條件的PCGSHF.提出了一個基于PCGSHF段數(shù)的范數(shù)有界方案用于處理模型中由網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯引起的非線性擾動問題.利用Lyapunov理論和LMI技術(shù)，得到了系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，并且設(shè)計了反饋控制器以及PCGSHF.
　　2.針對一類具有輸入時滯的采樣系統(tǒng)，不僅研究了其周期反饋控制問題，而且將所得到的理論結(jié)果直接應(yīng)用在了具有廣義采樣保持函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)控制

4、系統(tǒng)當中.根據(jù)周期信號的傅里葉級數(shù)表達式，提出了一個非線性分段周期函數(shù)(NPPF)用于構(gòu)造廣義采樣保持函數(shù)(GSHF).通過將NPPF的頻率參數(shù)與系統(tǒng)的輸入時滯之間建立一種函數(shù)關(guān)系，得到了一個混雜的非線性時滯系統(tǒng)模型.基于Lyapunov理論和LMI技術(shù)，得到了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性判據(jù).此外，通過提出確保GSHF為全局光滑的廣義采樣保持函數(shù)(GSGSHF)，消除了GSHF自身的跳變切換性質(zhì)，從而增加了其在實際應(yīng)用當中的可靠性.
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5、.針對一類有限帶寬約束條件下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，研究了其建模以及綜合設(shè)計問題.提出了一個壓縮補償策略，解決了由于丟包現(xiàn)象而造成的信息傳遞的完整性問題.基于此方案，將帶有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯和丟包現(xiàn)象的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模成一個非線性切換系統(tǒng).根據(jù)Lyapunov理論和LMI技術(shù)，提出了該模型的穩(wěn)定性判據(jù)以及控制器的設(shè)計方法.
　　4.針對一類具有隨機時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，研究了周期反饋控制問題.建立了馬爾可夫(Markov)隨機時滯系統(tǒng)模型。該模型

6、包括一個分段常數(shù)廣義采樣保持函數(shù)(PCGSHF)以及一個用于描述網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)包丟失的馬爾可夫鏈.應(yīng)用Lyanunov理論和LMI技術(shù)得到了閉環(huán)NCSs隨機穩(wěn)定的充分條件，并給出了狀態(tài)反饋控制器和PCGSHF的設(shè)計方法.
　　5.針對一類基于隨機事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，研究了穩(wěn)定性分析和控制器的設(shè)計問題.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的工作流程被劃分為兩種獨立的狀態(tài):一種是具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延的成功傳遞狀態(tài)，另外一種是無法在指定時間內(nèi)到達的丟包狀態(tài)

7、.兩種狀態(tài)的區(qū)分就在于數(shù)據(jù)包的傳遞耗時是否超過規(guī)定的最大允許時滯.一個基于事件劃分的馬爾可夫鏈用于描述系統(tǒng)每次成功傳遞之間的跳變并且包含了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和丟包兩種情形.相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以被建模為一個混雜的非線性隨機切換系統(tǒng).針對模型中由于內(nèi)采樣行為引起的非線性擾動，提出了兩個范數(shù)有界策略.根據(jù)Lyanunov理論和LMI技術(shù)，得到了確保系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件以及控制器的設(shè)計方法.
　　最后，指出了目前網(wǎng)絡(luò)控制理論研究中存在的一些問題