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《南京理工大学》 2004年
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网络控制系统的建模与控制

樊卫华  
【摘要】:本文研究了网络控制系统的建模与控制,主要内容如下: (1) 研究了短时延网络控制系统的模型描述,证明了传感器节点为时间驱动,控制器节点和执行器节点为事件驱动的不确定时延网络控制系统可等效为一类具有参数不确定性的线性离散系统;利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMIS)方法,给出了此类网络控制系统渐近稳定的充分条件以及控制器的设计方法,研究了此类网络控制系统的H_∞控制问题。 (2) 研究了多包传输网络控制系统(MNCS)的建模与控制。针对控制器节点和执行器节点为事件驱动,传感器节点为时间驱动且采用多包传输的网络控制系统,将传感器节点采用静态调度策略的MNCS建模为周期系统和不确定周期系统,将传感器节点采用动态调度策略的MNCS建模为切换系统;利用周期Lyapunov函数和LMIs方法,给出了周期网络控制系统和不确定周期网络控制系统的渐近稳定的充分条件以及控制器的设计方法,研究了周期和不确定周期网络控制系统的H_∞控制问题;利用共同Lyapunov函数和LMIs方法,给出了切换网络控制系统渐近稳定且满足给定H_∞性能指标的充分条件以及控制器的设计方法。 (3) 研究了短时延MIMO网络控制系统的控制问题。首先给出了传感器节点和控制器节点均为时间驱动的短时延MIMO网络控制系统的模型描述,将一个周期内未能成功传输数据的传感器看成暂时失效,针对网络诱导时延的影响,提出了利用状态观测器的预测功能削弱时延的影响,利用容错控制以及切换系统的理论,给出了MIMO网络控制系统渐近稳定的充分条件以及控制器和观测器的协同设计方法。 (4) 研究了长时延网络控制系统的建模问题。针对在网络未介入时,渐近稳定的闭环系统,利用Lyapunov函数和LMIs方法,给出了网络介入后,闭环系统渐近稳定的充分条件以及使得系统稳定的最大时延的求取方法;针对只具有控制时延的网络控制系统,假设传感器和执行器节点的时钟完全同步,利用接收缓存技术将时变控制时延转化为固定时延,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件以及最优控制器的设计方法;在此基础上,针对传感器和执行器节点之间存在的时间差给系统引入的分数时延,利用第2章的有关结论,将此类网络控制系统建模为一类具有参数不确定性的系统,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件以及最优控制器的设计方法;针对只具有时变输出时延的网络控制系统,本文引入具有时延补偿功能的观测器,利用切换系统的稳定性理论和LMIs方法,给出了观测器的设计方法;最后针对同时具有控制时延和输出时延的网络控制系统,利用缓存技术将时变的控制时延转化为 固定时延,观测器补偿时变输出时延,基于分离原理,给出了观测器和控制器的设 计方法。 (5)将同时存在时延和数据包丢失的网络控制系统建模为异步动态系统,针 对无数据包丢失时稳定的网络控制系统,给出了数据包丢失率已知时,网络控制系 统指数稳定的充分条件;研究了此类网络控制系统的控制器的设计方法;并针对数 据包丢失率不确知的情形,给出了网络控制系统指数稳定的充分条件。 关键词:网络控制系统,网络诱导时延,多包传输,数据包丢失, Lyapunov函数,线性矩阵不等式,切换系统
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP273.5

【引证文献】
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