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网络控制系统中的鲁棒控制方法及其应用研究

吴江江  
【摘要】:本文针对线性时不变被控对象,重点考虑NCS(Networked Control System)中存在的网络诱导时延和外部扰动以及控制器参数摄动等主要问题,围绕NCS的稳定性等性能指标,研究了NCS的建模、稳定性分析、鲁棒控制、保性能控制、H_∞控制和非脆弱控制等问题,通过数值仿真和实验研究验证了结论的有效性和可行性。主要工作如下: 首先,针对具有不确定短时延和外部扰动的网络控制系统,将其建模为一个离散模型,在二次型性能指标的基础上引入干扰抑制度γ,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法设计了具有给定H_∞干扰抑制度γ的状态反馈保性能控制器,最后通过求解具有LMIs约束的凸优化问题给出了系统次优保性能控制器的求解方法。 其次,针对一类具有不确定短时延的网络控制系统,研究了系统控制器参数存在摄动的状态反馈非脆弱保性能控制。首先将此类网络控制系统建模为具有不确定性的线性离散系统,在此基础上引入非脆弱控制的思想,分别给出控制器具有加法式和乘法式增益摄动的非脆弱保性能控制器存在的充分条件及相应的设计方法。最后将保性能控制器的设计问题转换为求解具有LMIs约束的凸优化问题。在一定程度上解决了工程实践中可能出现的控制器参数扰动问题,具有积极的意义。 最后,应用软硬件实现一个基于以太网的网络化控制系统仿真平台,模拟真实的网络环境,对理论研究的结果进行了实验验证,证明了本文算法的有效性和可行性。将本文的控制器设计方法应用于计量泵行程调节系统,取得较为理想的控制效果。


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