不确定网络控制系统鲁棒分析与事件触发控制研究

发布时间：2017-10-23 23:26

  本文关键词：不确定网络控制系统鲁棒分析与事件触发控制研究

  更多相关文章： 网络控制系统 时滞系统 鲁棒控制 事件触发机制 线性矩阵不等式

【摘要】：近十几年,随着网络通信技术的迅猛发展,越来越多的网络技术被应用到控制系统当中。如今,网络控制早已成为控制领域中的一个热门研究方向。网络的引入使得控制系统各部分之间能共享信息资源,节省了布线成本,增加了系统的灵活性与可靠性。然而,网络的引入同时也带来了如网络诱导延时、数据包错序与丢失等新的问题,容易导致控制系统性能的下降。尤其在通讯信道有限容量的制约下,上述问题对控制系统性能的影响将更为显著,甚至使系统变得不稳定。尽管目前在网络控制系统的理论和应用研究上都已经涌现出了丰硕的成果,但对于有限带宽网络环境下控制系统的鲁棒分析和结合事件触发控制提高网络资源利用率的研究上,仍存在许多需要继续深入和有待解决的问题。 本文主要以一类带宽受限的不确定线性网络控制系统为研究对象,从系统建模、分析和控制器设计、网络通信触发机制与控制协同设计等方面展开了研究。主要研究内容包括以下几个方面： 1.针对一类具有区间时变时延和连续丢包的网络控制系统,通过输入延迟法建立了能统一考虑网络诱导延时、数据丢包以及时变采样间隔影响的时滞系统模型。利用Wirtinger不等式、互逆凸组合定理和可变间隔时滞分割方法,得到了具有线性矩阵不等式(LMIs)形式的网络控制系统的时滞相关鲁棒稳定性条件,在此基础上给出了状态反馈镇定控制器的设计方法。因所采用的方法充分利用了时滞区间的信息和网络控制系统中因采样保持带来的锯齿演化信息,可以获得具有较小保守性的结果。同时因避免使用自由权矩阵方法,减少了引入的矩阵变量。数值实例说明了所提方法的有效性和低保守性。 2.研究了一类具有非零时延下界和丢包的不确定线性网络控制系统的鲁棒保性能控制问题。通过将网络控制系统模型转化为区间时变时滞系统,采用Wirtinger不等式、互逆凸组合定理和等间隔时滞分割方法推导出一种新的时滞相关稳定性条件,在此基础上给出鲁棒保性能控制器存在的充分条件,并利用改进的锥补线性(ICCL)方法给出了次优鲁棒保性能控制器的设计方法。因所采用的方法不仅考虑了网络控制系统中延时的锯齿特征,而且进一步利用了时延下界信息,因此可以在时延下界较大的情况下获得保守性更低的结果。数值实例表明所提方法的有效性和低保守性。 3.针对一类不确定线性网络控制系统容易受到外部扰动影响的问题,在将网络控制系统转化为区间时变时滞系统的基础上,采用Wirtinger不等式、互逆凸组合定理推导出具有LMIs形式的网络控制系统鲁棒H_∞控制器存在的充分条件,并进一步利用1CCL算法给出了次优鲁棒H_∞控制器的设计方法。数值实例表明,所设计的控制器不仅能使系统鲁棒渐近稳定,而且能获得比已有结果更强的扰动抑制能力。 4.在考虑网络诱导延时和外部干扰的影响下,从输出反馈的角度研究了一类不确定线性网络控制系统的事件触发控制问题。给出了一个基于观测器状态的离散事件触发机制,并利用一种新的输入延迟方法建立了统一描述网络诱导延时、采样周期和事件触发机制的增广状态时滞系统模型。采用Jensen不等式、互逆凸组合定理和时滞分割方法分析了所得时滞系统模型的鲁棒H_∞性能,并进一步研究了控制器、观测器和事件触发条件的联合设计问题。仿真结果表明,在基于观测器的事件触发机制和控制器联合作用下,闭环系统不仅很好地满足了鲁H_∞控制性能要求,而且节省了大量的网络资源。 5.针对一类不确定线性网络控制系统,研究了基于观测器事件触发机制的鲁棒H_∞。输出跟踪控制设计和优化问题。首先提出了一种基于参考模型状态和观测器状态的事件触发机制,并利用分段输入延迟法建立了包含参考模型状态、观测器状态和观测误差的增广时滞系统模型。通过时滞系统分析方法研究了控制器、观测器和事件触发条件的联合设计问题,并利用粒子群优化技术给出了一种新的联合优化求解算法以寻找使闭环系统满足最小H_∞输出跟踪性能指标的控制参数。仿真实例表明了所提方法的有效性。
【关键词】：网络控制系统 时滞系统 鲁棒控制 事件触发机制 线性矩阵不等式
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• CONTENTS11-14
• 图表目录14-16
• 主要符号表16-17
• 1 绪论17-31
• 1.1 研究背景和意义17-18
• 1.2 网络控制系统发展历程18-20
• 1.3 网络控制系统研究现状20-28
• 1.3.1 网络控制系统的基本问题20-24
• 1.3.2 基于时滞理论的网络控制系统研究现状24-27
• 1.3.3 基于事件触发机制的网络控制系统研究现状27-28
• 1.4 相关引理和不等式28-29
• 1.5 论文主要研究内容及组织结构29-31
• 2 具有区间时变时延的不确定网络控制系统鲁棒稳定性分析31-54
• 2.1 引言31
• 2.2 具有区间时变时延和连续丢包的网络控制系统建模31-34
• 2.3 一种基于Wirtinger不等式的时滞相关稳定性判据34-42
• 2.3.1 主要结果34-41
• 2.3.2 数值实例41-42
• 2.4 不确定网络控制系统鲁棒稳定性分析与状态反馈镇定42-53
• 2.4.1 问题描述42
• 2.4.2 鲁棒稳定性分析42-45
• 2.4.3 状态反馈镇定控制器设计45-49
• 2.4.4 数值实例49-53
• 2.5 本章小结53-54
• 3 具有长时延下界的不确定网络控制系统鲁棒保性能控制54-68
• 3.1 引言54
• 3.2 另一种基于Wirtinger不等式的时滞相关稳定性判据54-59
• 3.2.1 主要结果55-58
• 3.2.2 数值实例58-59
• 3.3 鲁棒保性能控制59-67
• 3.3.1 问题描述59
• 3.3.2 鲁棒保性能控制器的性能分析59-61
• 3.3.3 鲁棒保性能控制器设计61-65
• 3.3.4 数值实例65-67
• 3.4 本章小结67-68
• 4 具有外部干扰的不确定网络控制系统鲁棒H_∞控制68-78
• 4.1 引言68
• 4.2 问题描述68-70
• 4.3 鲁棒H_∞性能分析70-71
• 4.4 鲁棒H_∞控制器设计71-74
• 4.5 数值实例74-77
• 4.6 本章小结77-78
• 5 基于观测器的事件触发网络控制系统分析与设计78-101
• 5.1 引言78
• 5.2 基于观测器的事件触发机制与NCS建模78-84
• 5.3 基于Jensen不等式的时滞相关稳定性判据84-89
• 5.3.1 主要结果84-88
• 5.3.2 数值实例88-89
• 5.4 事件触发机制与鲁棒H_∞控制联合设计89-97
• 5.5 数值实例97-100
• 5.6 本章小结100-101
• 6 基于事件触发机制的网络控制系统输出跟踪控制与优化101-119
• 6.1 引言101
• 6.2 基于观测器的事件触发机制与NCS建模101-104
• 6.3 事件触发机制与鲁棒H_∞输出跟踪控制联合设计104-109
• 6.4 基于观测器事件触发机制的鲁棒H_∞输出跟踪控制优化109-111
• 6.5 另一种基于观测器的事件触发机制111-112
• 6.6 数值实例112-118
• 6.7 本章小结118-119
• 7 总结与展望119-122
• 7.1 总结119-120
• 7.2 创新点120-121
• 7.3 展望121-122
• 参考文献122-132
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果132-133
• 致谢133-134
• 作者简介134

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邱占芝,张庆灵,杨春雨;基于广义系统的网络控制系统的分析与建模[J];东北大学学报;2005年05期

2 陈炳瑞,冯夏庭;压缩搜索空间与速度范围粒子群优化算法[J];东北大学学报;2005年05期

3 樊卫华,蔡骅,陈庆伟,胡维礼;时延网络控制系统的稳定性[J];控制理论与应用;2004年06期

4 唐斌;刘国平;桂卫华;;不确定系统的网络化保性能控制[J];控制理论与应用;2008年01期

5 聂雪媛;王恒;;网络控制系统补偿器设计及稳定性分析[J];控制理论与应用;2008年02期

6 郭亚锋;李少远;;网络控制系统的H_∞状态反馈控制器设计[J];控制理论与应用;2008年03期

7 姜培刚,姜偕富,李春文,徐文立;基于LMI方法的网络化控制系统的H_∞鲁棒控制[J];控制与决策;2004年01期

8 Young Sam Lee;;Guaranteed Cost Controller Design of Networked Control Systems with State Delay[J];自动化学报;2007年02期

9 李祖欣;王万良;雷必成;陈惠英;;网络控制系统中基于模糊反馈的消息调度[J];自动化学报;2007年11期

10 Krishnan RAMAKRISHNAN;Goshaidas RAY;;Robust stability criteria for uncertain linear systems with interval time-varying delay[J];Journal of Control Theory and Applications;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 赵虹;基于自由权矩阵的网络控制系统分析与设计[D];中南大学;2011年

2 高守婉;具有随机时滞与丢包的网络控制系统分析与设计研究[D];中国海洋大学;2011年

3 时维国;网络控制系统时延补偿及变采样周期调度方法[D];大连理工大学;2012年

4 齐晓妹;网络控制系统的鲁棒故障检测与容错控制方法研究[D];山东大学;2012年

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本文编号：1085935