一類NCSs中丟包與時延的積極作用及其應用.pdf

1、由于網(wǎng)絡技術和自動化的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)(NCSs)這一國際前沿性熱點課題從現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中發(fā)展起來。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，NCSs具有不可替代的優(yōu)勢，如信息共享、遠程控制、高靈活性和低成本等。但是，在控制回路中引入網(wǎng)絡會帶來一些不可避免的約束，如數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡誘導時延，使得NCSs的建模、分析和設計更加復雜，更加具有挑戰(zhàn)性。現(xiàn)有的大多數(shù)關于NCSs的文獻通常認為數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡誘導時延會引起性能降低、資源浪費甚至導致系統(tǒng)崩潰。然

2、而，本文將從不同的角度出發(fā)，針對一類能被時延的靜態(tài)輸出反饋控制器鎮(zhèn)定，但不能被非時延的靜態(tài)輸出反饋控制器鎮(zhèn)定的系統(tǒng)，研究數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡誘導時延對網(wǎng)絡化H∞控制的積極作用及其在抗震建筑的網(wǎng)絡化主動振動控制中的應用。本文主要研究內容包含以下兩個部分：(i)數(shù)據(jù)包丟失對一類系統(tǒng)的積極作用；(ii)數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡誘導時延對一類抗震結構系統(tǒng)的網(wǎng)絡化主動振動控制的積極作用。
　　第一部分，首先，在被控系統(tǒng)和控制器之間插入一個能夠引起數(shù)據(jù)包丟

3、失的網(wǎng)絡，并且在執(zhí)行器端嵌入一個能夠主動產生一些丟包的邏輯數(shù)據(jù)包選擇算法，將該NCS建模為一個區(qū)間時延系統(tǒng)，它在具有一些非零時變時延時是穩(wěn)定的，而在沒有時延時是不穩(wěn)定的。然后，構造一個新的完全Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF)，并且充分利用時延上下界的分割信息，以線性矩陣不等式(LMIs)的形式給出基于丟包積極作用的保守性較小的時滯依賴的H∞性能判據(jù)和控制器設計方法。數(shù)值例子證明所提設計結果能夠有效地完成一個滿意的控制

4、效果。
　　第二部分，首先，主動引入通訊網(wǎng)絡來連接受地震干擾的建筑結構和一個遠程控制器，考慮網(wǎng)絡誘導時延和數(shù)據(jù)包丟失等通訊約束，并且在執(zhí)行器端嵌入一個邏輯數(shù)據(jù)包選擇算法，將該結構系統(tǒng)建模為一個具有區(qū)間時變時延的系統(tǒng)。然后，通過構造一個包含一些不連續(xù)項和時延上下界分割信息的新的完全LKF，得到一個時滯依賴的判據(jù)，使得閉環(huán)系統(tǒng)在一定的H∞性能下是漸近穩(wěn)定的?；谒玫降呐袚?jù)，分別采用錐補線性化(CCL)算法和最小化算法來尋找反饋控制增

5、益和最小H∞性能。仿真例子證明所設計的正速度反饋控制器能夠通過較小的控制力實現(xiàn)較好的系統(tǒng)振動抑制效果。
　　本文的主要貢獻如下所列：
　　(1)不同于現(xiàn)有文獻中丟包的消極作用的研究，揭示了丟包對網(wǎng)絡化控制的積極作用。提出了一個邏輯數(shù)據(jù)包選擇算法對數(shù)據(jù)包的傳輸進行調度并主動丟棄一些數(shù)據(jù)包。
　　(2)構造一個新的完全LKF，并且充分利用時延上下界的分割信息，得到了保守性較小的時滯依賴的H∞性能判據(jù)和控制器設計方案。