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《江南大学》 2011年
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网络化系统的稳定性分析、控制及滤波

戴建国  
【摘要】:计算机网络是信息技术的集中体现,并已构成现代工业的生态环境。同时,网络控制系统已成功应用于国民经济和国防建设的各个领域。本文研究现有通信协议和拓扑结构等条件下的网络控制系统的分析和综合。围绕着网络化系统的结构和存在的基本问题,建立反馈系统模型,并采用时滞系统方法分析闭环系统在一定性能指标下的渐近稳定性条件;以此为基础,综合网络控制系统的镇定问题、量化反馈控制、H_∞滤波器设计和H_∞输出跟踪问题。 本文的主要研究工作有以下几个方面: 1.考虑到诱导时延和网络通道的非线性反馈干扰,以Lurie时滞系统模型的方式研究了多输入多输出网络控制系统在有限扇形区间上的绝对稳定性和控制,并获得使闭环系统全局稳定运行的最大允许时延界。 2.在有诱导时延和数据丢包的影响下,基于T-S模糊方法研究了模型参数为有理非线性不确定性的非线性网络化系统的鲁棒H_∞控制问题。由于通过网络成功传输到执行器的每个数据包都能导致事件驱动的零阶保持器(ZOH)的一次更新,并且,通过限制ZOH的更新周期,就能保证规定时间内至少一次的成功信息传递作为输入信号以保持系统的稳定,所以从理论上完善了基于网络驱动端闭环反馈控制系统建模的方法。 3.针对通信类系统的三个主要问题——信号传递时延,数据丢包和信号量化,采用时滞系统的方法研究了四种情况下网络化系统的量化反馈控制问题。(1)考虑到信号在不同传输介质的接口处数据格式的转换和量化过程的有限精度逼近能力,研究了采样器侧有动态量化器的网络化系统的量化反馈H_∞控制问题。(2)对于无线或者低带宽的通讯系统,从信道有限通信能力的角度研究了在采样器侧和控制器侧都有对数量化器的网络控制系统的镇定问题,并也给出仅采样器侧有对数量化器时网络化系统的量化反馈控制准则。(3)鉴于网络数字通信的特点,基于T-S模糊模型研究了非线性网络化系统的状态量化反馈H_∞控制问题。同时,在此过程中完善了基于采样器端网络化建模的方法,并证明了其与上述驱动端建模方式两者所获得的闭环反馈系统中反映的网络特征参数在一般情况下的等价性。(4)当状态变量不完全可测量时,利用输出变量的对数量化反馈研究了基于观测器的网络化系统的镇定问题。 4.在外部干扰和测量噪声的统计特性无法确定的情况下,基于滤波误差系统分别研究了线性和非线性网络化系统的H_∞滤波器设计问题。基于平行分布补偿策略,用T-S模糊方法设计了具有相同模糊规则的H_∞模糊滤波器。 5.在同时考虑到信号传递时延,数据丢包和信号量化的情况下,引入增广状态矩阵分析法研究了网络化系统的H_∞输出跟踪控制。同时,分段时滞系统方法的使用,使得H_∞跟踪控制器的存在性具有很小的保守性。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP393.06

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