具有随机时延与丢包的离散网络化系统鲁棒滤波研究
发布时间：2020-07-13 22:37
【摘要】：自从20世纪60年代,滤波理论与滤波器设计方法由学者创立以来,它便成为自动控制领域内的热点问题,并得到越来越多学者的广泛关注。而随着社会的不断进步,人们对通信、计算机等技术的要求也在不断地提高,因为为了实现不同区域部件之间的远程操控与资源的共享,有愈来愈多的控制系统设计成由网络来实现的闭环控制系统,即称之为“网络控制系统(Networked Control Systems,NCSs)”。但由于网络的引入,数据信号在各个部件之间传输的过程中存在着网络诱导时延、数据丢包、参数不确定性等不利因素对系统性能的影响,以及在实际工程设计中,外部干扰的存在和外部环境对某些敏感的元器件的影响,使得网络控制系统中的滤波问题显得越来越突出与迫切。因此,对网络控制系统的鲁棒滤波问题进行研究具有一定的实用价值与理论意义。本论文的主要研究内容如下:首先,建立了具有随机时延的参数不确定离散网络化控制系统数学模型,并在此基础上分析了网络环境下具有随机时延的￥H与￥-ll2的鲁棒滤波问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,采用取值为0和1的伯努利分布序列来描述网络环境下的随机时延,同时选取适当的李雅普诺夫函数,利用线性矩阵不等式的方法解决网络化滤波误差系统中的稳定性问题,并提出误差系统的均方渐近稳定和满足给定的￥H与￥-ll2性能指标的充分条件。其次,以一类典型的含有定时滞的离散系统为研究对象,通过引入伯努利概率分布序列来描述由网络而引起的测量数据的随机丢失,对系统分别进行了鲁棒H_∞与l_2-l_∞性能指标的分析,并设计出与性能相对应的全阶滤波器。通过选取适当形式的Lyapunov函数,以及借助线性矩阵不等式的方法来推导出全阶滤波器存在的充分条件。同时,所设计的滤波器能够使得网络化滤波误差系统均方渐近稳定且具有相应的性能指标。最后,以连续搅拌反应釜为应用背景,建立了网络环境下具有随机时延与丢包的参数不确定离散CSTR系统的数学模型,并研究了其￥H鲁棒滤波问题。采用两个相互独立取值为0和1的伯努利分布序列来描述网络环境下的随机时延与测量输出,同时选取适当的李雅普诺夫函数,利用线性矩阵不等式的方法解决网络化滤波误差系统中的稳定性问题,并提出误差系统的均方渐近稳定的充分条件,同时满足给定的￥H性能指标,进而实现鲁棒滤波器的设计。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP13;TN713
【图文】：
油自动化监督控制系统[41，57]在石油天燃气方面的开采与应用得到了广，由于在石油天然气开采的过程中所需的数据量庞大，数据整理与处理较大，因此，依托现代化网络技术将这些数据高效的管理，以提高开采质量。自动化监督控制系统主要对于石油钻井工作当中的作业质量以及序进行严控把关，提高产业的智能自动化程度。而要保证系统的高效运通讯的长距离传输，就需要有效的滤波算法运用到其中。CSs 在航空航天中的运用越来越广泛了，文献[48]将鲁棒 H∞滤波运用到对接交汇系统之中，通过运用 C-W 方程来对需要进行对接的航天器进模，与此同时，设计出的全阶滤波器来满足相应的性能指标。除此之 在智能汽车控制系统[40]也得到了一定程度的发展。网络控制系统的鲁棒滤波的国内外研究现状些年来，国内外的学者发现网络控制系统在社会的应用方面具有越来越用与研究价值，所以吸引了越来越多的学者来进行研究。这一节将分别导时延、数据丢包、参数不确定性三个方面来概述网控系统的鲁棒滤波。
的理论推导奠定基础。图 5.1 CSTR 系统结构示意图图 5.1 显示为连续搅拌反应釜模型示意图，其具体流程为物料aX 和bX 由控制阀进入到反应釜内部，在适当的温度下进行化学反应，成品 C 由出口 K 输出。现对反应釜内的反应条件做如下假设：物料aX 和bX 在反应釜内是均匀混合的；
2x t A A KK x t B B ty t Cx t D tz t Lx t （5.6）参照文献[58]的方法对系统（5.6）进行离散化处理，得到如下离散化系统： 1yzx k A A x k B B kk Cx k D kk Lx k （5.7）其中： (k) Rnx 为系统的状态向量； (k) Rq 为系统的外部噪声且属于2l [0, )；(k) Rpz 是被估计的状态向量； A, B ,C,D,L 是已知的实数矩阵， A, B为不确定系数矩阵且满足下列的假设[55]： 1 2 A B MF k N N（5.8）其中，1 2M , N ,N 为适当维数的已知常数矩阵， (k) Ri jF 为一个未知矩阵，且满足 (k) (k) ITF F 。将无线网络引入到 CSTR 系统中，其滤波示意图如下：
本文编号：2754080
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP13;TN713
【图文】：
油自动化监督控制系统[41，57]在石油天燃气方面的开采与应用得到了广，由于在石油天然气开采的过程中所需的数据量庞大，数据整理与处理较大，因此，依托现代化网络技术将这些数据高效的管理，以提高开采质量。自动化监督控制系统主要对于石油钻井工作当中的作业质量以及序进行严控把关，提高产业的智能自动化程度。而要保证系统的高效运通讯的长距离传输，就需要有效的滤波算法运用到其中。CSs 在航空航天中的运用越来越广泛了，文献[48]将鲁棒 H∞滤波运用到对接交汇系统之中，通过运用 C-W 方程来对需要进行对接的航天器进模，与此同时，设计出的全阶滤波器来满足相应的性能指标。除此之 在智能汽车控制系统[40]也得到了一定程度的发展。网络控制系统的鲁棒滤波的国内外研究现状些年来，国内外的学者发现网络控制系统在社会的应用方面具有越来越用与研究价值，所以吸引了越来越多的学者来进行研究。这一节将分别导时延、数据丢包、参数不确定性三个方面来概述网控系统的鲁棒滤波。
的理论推导奠定基础。图 5.1 CSTR 系统结构示意图图 5.1 显示为连续搅拌反应釜模型示意图，其具体流程为物料aX 和bX 由控制阀进入到反应釜内部，在适当的温度下进行化学反应，成品 C 由出口 K 输出。现对反应釜内的反应条件做如下假设：物料aX 和bX 在反应釜内是均匀混合的；
2x t A A KK x t B B ty t Cx t D tz t Lx t （5.6）参照文献[58]的方法对系统（5.6）进行离散化处理，得到如下离散化系统： 1yzx k A A x k B B kk Cx k D kk Lx k （5.7）其中： (k) Rnx 为系统的状态向量； (k) Rq 为系统的外部噪声且属于2l [0, )；(k) Rpz 是被估计的状态向量； A, B ,C,D,L 是已知的实数矩阵， A, B为不确定系数矩阵且满足下列的假设[55]： 1 2 A B MF k N N（5.8）其中，1 2M , N ,N 为适当维数的已知常数矩阵， (k) Ri jF 为一个未知矩阵，且满足 (k) (k) ITF F 。将无线网络引入到 CSTR 系统中，其滤波示意图如下：
【参考文献】
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5 薛强;;自动控制理论在海上钻井平台的应用研究[J];科技资讯;2014年19期
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1 周秀杰;网络控制系统的鲁棒控制及滤波研究[D];东北石油大学;2015年
本文编号：2754080
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