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《华中科技大学》 2009年
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网络化控制系统的自适应方法

塔宏  
【摘要】: 近年来,通过数据网络实现控制,即网络化控制系统已经日渐成为一个极具挑战性和富有前景的研究领域。通过网络实现闭环的控制系统定义为网路化控制系统。研究网路化控制系统时,我们通常需要考虑这样一个问题:是否有足够的通信带宽将信息反馈到控制器,然后再将控制指令送到执行器并作用于被控对象上?在信息传输的过程中可能出现时延。更有甚者,一些数据包在传输过程中不仅发生时延,还可能会丢失。这些现象可能会导致传统的控制系统不稳定,同时也使得网络化控制系统的分析较之传统控制系统显的更加复杂。本论文研究了如何将自适应控制理论应用于网络化控制系统。 本文研究了线性定常网络化控制系统的自适应控制问题,其目的是为存在网路时延和丢包的线性定常网络化控制系统设计状态反馈自适应控制器,并使之可以容忍执行器故障。具体而言,就是要确定保持系统稳定的采样周期、网络时延、丢包率的上界。研究结果表明采样周期、网络时延和丢包的上界是时变的并且是可以在线估计。本文在设计控制器时无需对系统模型离散化,而是在连续时间域进行分析。 首先,本文研究了无时延和丢包的网络化控制系统的自适应镇定问题,得到了保证自适应网络化控制系统稳定的关于传输周期的充分条件。接着,将时延因素考虑了进来。在论文中考虑了两种来源的时延:传感器到控制器的时延和控制器到执行器的时延。由于自适应控制器是时变控制器,两种来源的时延不能够合并,这使得本文中的分析工作远比文献中对确定性系统的分析困难。文中基于时延相关方法得到了时延的上界,对小于该上界的时延,闭环自适应网路化控制系统保持稳定。 由于信息包丢失是引起网络化控制系统不稳定和造成性能不佳的潜在因素,本文研究并给出了存在信息包丢失时的网络化控制系统的自适应镇定方法。同样,由于得到的自适应控制器是时变的,在传感器至控制器通道和控制器至执行器通道同时存在丢包也使得问题远比文献中的方法复杂。 同时考虑时延和丢包是一项有趣的研究工作。在本文中,研究了同时存在时延和丢包的自适应网络化控制系统问题。由于自适应控制器的时变特性,双通道存在时延和丢包同样也使得分析工作更加复杂。 最后,研究了存在未知执行器故障的状态反馈自适应控制器设计问题,这些故障描述成为以未知的固定值,在未知时刻发生的未知输入。研究中考虑了在自适应反馈环中插入数据网络后,传输时延与数据包丢失对网络化控制系统带来的障碍。提出了自适应执行器故障补偿器存在的充分条件。 文中给出的控制器的数学证明主要依靠李雅谱若夫稳定性判据。研究结果表明,自适应控制器的自适应控制参数是有界的,并且该网络化控制系统是渐进稳定的。仿真结果也显示了所设计的稳定器的有效性。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP273.5

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