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《华中科技大学》 2010年
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非线性随机网络化系统稳定性分析与故障检测

张永  
【摘要】: 网络化控制系统(Networked Control Systems,NCSs)是指通过网络实现控制系统元件(控制器、传感器、执行器等)之间信息交换的控制系统。相对于网络化控制系统在控制与估计方面的大量研究成果,网络化控制系统故障检测方面的研究较少,且大多数集中在线性形式、单独考虑时滞或数据丢失、时滞仅取值于某一范围、简化的考虑网络存在于传感器到控制器传输通道等情形。本文分别研究了具有非一致分布时滞网络化控制系统、同时具有随机丢包和非一致分布时滞、传输受限、并且网络存在与传感器到控制器通道以及控制器到执行器通道的非线性网络化控制系统,通过利用李亚普若夫泛函方法、线性矩阵不等式技术进行稳定性分析及故障检测及鲁棒故障检测。具体而言,本文的研究主要包括以下几个方面: 首先系统地对前一阶段网络化控制系统的研究对象(时滞、数据丢失以及传输受限)、所用数学模型形式(线性或非线性、随机或确定性)以及所研究方向(稳定性、鲁棒控制与滤波、故障检测)进行总结。 其次研究了具有相继时滞非线性网络化控制系统的鲁棒稳定性。特别的,针对具有非一致分布时变时滞的非线性网络化控制系统,研究了以观测器为基础的故障检测和鲁棒故障检测以及以滤波器为基础的故障检测,所得的时滞间隔依赖的充分条件揭示了非一致分布时滞及非线性对故障检测的影响。 接着考虑了从传感器到控制器通道以及控制器到执行器通道同时具有随机丢包和非一致分布时滞的非线性网络化控制系统的稳定性并进行故障检测。通过选择合适的李亚普若夫泛函,时滞间隔、时滞间隔出现率、联合数据传输率及非线性水平依赖的稳定性结论及故障检测结果被得到。并且所容许的时滞上界和联合数据传输率之间的平衡现象被揭示,这也是有限的网络带宽所造成的。 最后针对从传感器到控制器通道以及控制器到执行器通道分别传输受限的非线性网络化控制系统,同时考虑了具有数据丢失和时滞的网络传输情况,非线性时滞马尔科夫跳系统模型被用来描述这种网络传输模式,也分析了相应的稳定性并进行故障检测。 为了验证所得结论的有效性及可行性,通过运用Matlab的线性矩阵不等式工具箱,也给出了相应的例子及其仿真结果。在全文的最后,给出了本文的总结以及今后研究工作的展望。
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