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具有不确定时延和丢包的网络控制系统控制问题研究

发布时间:2018-11-29 08:12
【摘要】:网络控制系统将控制器、执行器、传感器等重要元器件通过互联网相互连接,通过网络进行传输信号和数据,改变了传统控制系统点对点的连接方式,从而避免了在各部件之间铺设专线,解决了传统控制系统成本高、后期检修难的问题。目前网络控制系统已经应用于多个领域,如航空航天、交通运输、电力传送等。然而,网络控制系统将元件连入通信互联网,又不可避免地带来了新问题:如网络时延、数据包丢失等。本文分别针对具有外界干扰、参数不确定等情况下的线性离散网络控制系统,在具有时延和丢包的网络环境下,研究了使系统稳定的控制问题。主要研究内容如下:(1)针对一类具有外界干扰的线性时不变的网络化控制系统,设计使得闭环系统均方意义下指数稳定的H∞状态反馈控制器。已知系统从传感器到控制器之间具有时变时延和数据包丢失,控制器到执行器之间具有时变时延。假设网络诱导总时延为短时延。使用概率已知的Bernoulli随机序列描述丢包过程。选择合适的Lyapunov函数,根据Lyapunov原理,经过推导得到控制器存在的充分条件,再利用LMI方法将该方程转换成线性矩阵不等式。最后的仿真说明了设计的控制器是有效的。(2)针对一类参数不确定线性时不变离散网络控制系统,考虑网络控制环境下存在的网络诱导时延、数据丢包、外部扰动和系统参数不确定等复杂因素,设计使NCS稳定的H∞状态反馈控制器。考虑系统在传感器到控制器之间以及控制器到执行器之间存在丢包,将具有确定性丢包过程的通讯网络看作以一定概率切换的开关,从而将NCS的模型定义为具有4种情况的异步动态系统。根据Lyapunov原理和LMI方法计算得到控制器存在的充分条件。最后的仿真说明了设计的控制器是有效的。(3)针对一类具有时变参数的线性离散网络控制系统,设计基于观测器的H∞状态反馈控制器。假设系统在传感器与控制器之间存在时变时延,控制器与执行器之间既有时变时延又存在丢包,其中,丢包满足Bernoulli随机序列。基于LMI和Lyapunov稳定性理论,推导得到控制器存在的充分条件。最后的仿真说明了设计的控制器是有效的。
[Abstract]:The network control system connects the controllers, actuators, sensors and other important components to each other through the Internet and transmits signals and data through the network, which changes the traditional point-to-point connection mode of the control system. Thus avoiding the laying of special lines among the components, solving the problems of high cost and difficult maintenance of the traditional control system. Network control system has been used in many fields, such as aerospace, transportation, power transmission and so on. However, the network control system connects the components to the communication Internet, which inevitably brings new problems, such as network delay, data packet loss and so on. In this paper, for linear discrete networked control systems with external disturbances and uncertain parameters, the stability of the system is studied under the network environment with delay and packet loss. The main research contents are as follows: (1) for a class of linear time-invariant networked control systems with external disturbances, an H _ 鈭,

本文编号:2364451

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