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《华北电力大学(北京)》 2010年
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网络控制系统的稳定性研究及调度策略

陈文颖  
【摘要】: 近年来,随着控制技术、网络技术和计算机应用技术的飞速发展,网络控制系统(networked control system, NCS)受到了越来越广泛的关注,并成为国际控制领域的一个研究热点,其具有信息资源共享、连接线数大大减少、易于扩展、易于维护、高效率、高可靠性及灵活等优点。然而由于闭环控制中网络的引入,网络控制系统中的很多基本问题有待于深入研究,如网络控制系统的稳定性问题及网络资源的调度问题。本文针对网络控制系统中存在的基本问题,从系统的建模、控制和网络资源的调度等方面进行了研究,主要的研究内容及结论如下: 本文首先针对只有传感器到控制器为网络连接的一类网络控制系统,考虑系统的被控对象仅输出量可以测量的情况,设计了适合于网络环境的状态观测器,并利用状态观测器对丢包和时延进行了适当补偿。然后分别应用离散时间和离散与连续相结合的方法建立了包括状态观测器在内的整个系统的闭环模型,分析了网络控制系统的稳定性,并给出了仿真结果,证明了离散与连续相结合建模方法的优点。 进而,对传感器、控制器和执行器均为网络连接的一类网络控制系统,在传感器、控制器和执行器分别为不同的节点驱动组合模式下,根据不同驱动组合模式下网络控制系统的特点,选择前面提出的两种建模方法,通过数据丢包率,将包括状态观测器的整个闭环系统建立为受事件发生率约束的异步动态系统,最后分析了使系统指数稳定的充要条件。并通过仿真实验,对所提出的方法进行了验证和比较。 在所研究的网络控制系统中,网络时延为随机时延时,将随机时延看作是被控对象的不确定性因素,并将其转化为具有不确定性的线性离散系统,研究了网络控制系统的鲁棒H∞稳定性问题。然后同时考虑随机的网络时延和数据丢包,将网络中数据包传输的丢包过程看作是由结构事件组成的随机过程,给出了系统的鲁棒H∞稳定性的充分条件。进而结合前面给出的指数稳定性和鲁棒H∞稳定性的分析方法,给出了使系统指数收敛的鲁棒H∞稳定性的充分条件,并通过仿真验证了该方法的优越性。 控制系统分析及控制器设计与通信调度策略是网络控制系统研究的两个重要分支,针对具体控制问题需协调考虑两方面的因素。基于此,最后对由多个控制回路组成的网络控制系统分析了其调度策略。对可调度的情况,采用了一种基于网络传输误差和LQG最优理论的控制系统调度设计方法。对不可调度情况,提出使用网络监测得到网络传输误差,通过调整传感器的采样周期和在控制器进行数据包补偿的调度方法。最后通过仿真实验验证了调度方法的有效性。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273.5

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 段冰;基于估计器的网络控制系统研究[D];郑州大学;2011年
2 许红巧;基于CAN总线控制网络的实时调度研究[D];天津理工大学;2012年
3 汤忆;网络控制系统变采样周期调度算法研究[D];大连交通大学;2012年
4 郑冰;NCS中实时数据库的时态一致性研究[D];华北电力大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 樊卫华;蔡骅;吴晓蓓;胡维礼;;一类时延网络控制系统的H_∞鲁棒控制[J];兵工学报;2006年01期
2 何坚强;张焕春;经亚枝;;具有数据包丢失的NCS反馈调度研究[J];电子科技大学学报;2006年05期
3 樊卫华,蔡骅,陈庆伟,胡维礼;基于异步动态系统的网络控制系统建模[J];东南大学学报(自然科学版);2003年02期
4 熊远生,俞立,徐建明;网络控制系统的滑模变结构预估控制器的设计[J];电气传动自动化;2003年04期
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10 白涛,吴智铭,杨根科;网络化的控制系统[J];控制理论与应用;2004年04期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 王艳;网络控制系统的控制与调度研究[D];南京理工大学;2006年
2 杨业;网络控制系统的分析建模与控制研究[D];华中科技大学;2006年
3 严怀成;网络控制系统的分析与综合[D];华中科技大学;2007年
4 马卫国;具有时延和丢包的鲁棒网络控制系统研究[D];大连理工大学;2008年
5 王柱锋;网络控制系统的预测控制研究[D];浙江大学;2008年
6 王庆凤;网络控制系统的鲁棒控制方法研究及仿真平台搭建[D];吉林大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 尹逊和;李斌;宋永端;张红;;网络控制系统的变采样周期调度算法[J];北京交通大学学报;2010年05期
3 樊卫华;蔡骅;吴晓蓓;胡维礼;;一类时延网络控制系统的H_∞鲁棒控制[J];兵工学报;2006年01期
4 樊卫华;谢蓉华;陈庆伟;胡维礼;;长时延网络控制系统的建模与分析[J];兵工学报;2006年02期
5 王艳;陈庆伟;樊卫华;胡维礼;;网络控制系统控制与调度协同设计的研究进展[J];兵工学报;2007年01期
6 姚秀明;李清华;王常虹;凌明祥;袁智;;基于状态观测器的网络化控制系统的H_∞控制分析[J];兵工学报;2008年07期
7 蔡骅;王艳;陈庆伟;胡维礼;;基于变采样周期的网络控制系统控制与调度协同设计[J];兵工学报;2009年04期
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9 任长清,吴平东,王晓峰,马树元,陈之龙;基于互联网的液压远程控制系统延时预测算法研究[J];北京理工大学学报;2002年01期
10 李静;宋召青;左斌;;鲁棒自适应控制的远程网络控制器设计[J];北京邮电大学学报;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王天堃;周黎辉;韩璞;徐大平;;网络化控制系统传输迟延与数据丢包综合补偿[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 梁涛;孙鹤旭;林涛;雷兆明;;存在数据丢包的NCS状态预估控制设计与稳定性分析[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 王艳;纪志成;谢林柏;胡维礼;;网络控制系统的动态调度与鲁棒控制协同设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 赵维佺;李迪;;网络化运动控制系统中调度与控制协同设计的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 李炜;李亚洁;;基于LMI方法的网络化控制系统容错保性能控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 ;Guaranteed Cost Control of Wireless Network Control System with Co-Design Technology[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 宋燕;王景成;;基于丢包数的网络控制系统的稳定性分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 ;Stabilization of Multiple Observers-Based Networked Control Systems with Variable Sampling Period[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 华长春;楚艳钢;关新平;;基于主动丢包的无线网络控制系统反馈控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
10 王贞;郭西进;;网络控制系统具有时延补偿的离散滑模预估控制[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张红兵;基于ARM的双丝脉冲MIG高速焊分布式控制系统的研究[D];华南理工大学;2010年
2 徐文君;面向制造的网络服务质量相关理论和关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
3 聂晓波;列车控制网络实时性能分析及调度策略研究[D];北京交通大学;2011年
4 卜旭辉;数据驱动无模型自适应控制与学习控制的鲁棒性问题研究[D];北京交通大学;2011年
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6 张捷;网络控制系统的故障检测与诊断技术[D];南京理工大学;2010年
7 赵虹;基于自由权矩阵的网络控制系统分析与设计[D];中南大学;2011年
8 邱丽;基于Markov跳变理论的网络控制系统研究[D];华南理工大学;2011年
9 戴建国;网络化系统的稳定性分析、控制及滤波[D];江南大学;2011年
10 高守婉;具有随机时滞与丢包的网络控制系统分析与设计研究[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金鑫;具有数据包丢失的网络控制系统的最优控制[D];中国海洋大学;2010年
2 吴凡;基于预测控制的网络控制系统研究[D];天津理工大学;2010年
3 李鑫;基于视频融合的遥机器人控制系统研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 陈晓峰;广播电视自动化工程的研究与构建[D];华南理工大学;2010年
5 陈旭;无线网络环境下的机器人动态跟踪随机LQG算法[D];北京交通大学;2011年
6 王小山;基于模糊T-S模型的网络控制系统时延与丢包的建模与补偿问题研究[D];北京交通大学;2011年
7 先柯桦;基于中央监控的建筑设备自动化管理系统设计与实现[D];电子科技大学;2010年
8 王丽娟;通信访问约束随机系统的可估计性和可辨识性研究[D];浙江大学;2011年
9 汤桥;网络控制系统控制策略的研究[D];大连交通大学;2010年
10 申向春;网络化运销系统自动称重防作弊关键技术研究与实现[D];大连交通大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王艳;陈庆伟;樊卫华;胡维礼;;网络控制系统控制与调度协同设计的研究进展[J];兵工学报;2007年01期
2 秦岩;史美林;;保证速率的核心无状态分组调度算法[J];北京理工大学学报;2006年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 朱其新;网络控制系统的建模、分析与控制[D];南京航空航天大学;2003年
2 樊卫华;网络控制系统的建模与控制[D];南京理工大学;2004年
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4 李祖欣;网络控制系统的智能调度及其优化[D];浙江工业大学;2008年
5 陈惠英;资源受限网络控制系统控制与调度方法研究[D];浙江工业大学;2009年
6 雷必成;网络控制系统中控制与调度的协同设计[D];浙江工业大学;2009年
7 黄鹤;几种网络控制系统的故障检测与容错控制研究[D];南京理工大学;2009年
8 白涛;网络化控制系统性能分析与调度优化[D];上海交通大学;2005年
9 潘卫华;网络控制系统调度与控制协同设计的研究[D];华北电力大学(河北);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汤桥;网络控制系统控制策略的研究[D];大连交通大学;2010年
2 何召华;分数延时的网络控制系统的研究和设计[D];武汉科技大学;2011年
3 段冰;基于估计器的网络控制系统研究[D];郑州大学;2011年
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7 何宇;自动检测系统中的DCS与FCS的混合式集成控制模型研究[D];浙江大学;2004年
8 樊继方;嵌入式实时数据库的用户接口与应用规范说明处理[D];华中科技大学;2004年
9 马志杰;基于IEC61850协议的面向对象实时数据库的研究与实现[D];华北电力大学(河北);2005年
10 齐峰;网络控制系统中调度与控制的协同设计[D];南京理工大学;2005年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 覃涛;客车气压制动系统时延分析及其控制技术研究[D];武汉理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 乔宇;基于混合调度算法的车身CAN控制网络研究[D];吉林大学;2013年
2 郑冰;NCS中实时数据库的时态一致性研究[D];华北电力大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 崔桂梅;穆志纯;李晓理;郝智红;;网络控制系统保性能控制[J];北京科技大学学报;2006年06期
2 龙承念,代双凤,关新平;网络控制系统的补偿策略[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
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8 樊卫华,蔡骅,陈庆伟,胡维礼;基于异步动态系统的网络控制系统建模[J];东南大学学报(自然科学版);2003年02期
9 朱其新,胡寿松,侯霞;长时滞网络控制系统的随机稳定性研究[J];东南大学学报(自然科学版);2003年03期
10 苏晓丽,郑明春,李锦涛,孟强;一种基于速率的组播拥塞控制算法及其性能分析[J];电子学报;2004年02期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
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2 朱其新;网络控制系统的建模、分析与控制[D];南京航空航天大学;2003年
3 樊卫华;网络控制系统的建模与控制[D];南京理工大学;2004年
4 陈武华;时滞动态系统稳定与控制研究[D];华中科技大学;2004年
5 黄剑;网络控制系统的建模、稳定与控制研究[D];华中科技大学;2005年
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中国期刊全文数据库 前10条
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3 侯春光;曹云东;刘晓明;;以太网技术在智能电器产品中的应用[J];低压电器;2008年11期
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10 丛爽,魏子翔;基于Internet的远程控制系统研究[J];微计算机信息;2004年01期
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3 费敏锐;李力雄;;自动化领域的一些进展与评论[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
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6 李浩;章静;孙中建;;网络控制在焦化生产系统上的应用[A];苏、鲁、皖、赣、冀五省金属学会第十四届焦化学术年会论文集[C];2008年
7 丁凉;侯整风;;利用Winsock实现网络资源访问控制[A];全国第十五届计算机科学与技术应用学术会议论文集[C];2003年
8 ;汽车销售行业风险管理的探讨[A];中国内部审计协会现代企业风险管理论文汇编(上册)[C];2005年
9 胡向东;;网络控制系统信息安全模型[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
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7 王卫东;僵尸网络控制全球百万电脑[N];中国计算机报;2005年
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9 李韬;有效管理网络行为[N];计算机世界;2007年
10 小常;超强远程控制[N];计算机世界;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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3 高守婉;具有随机时滞与丢包的网络控制系统分析与设计研究[D];中国海洋大学;2011年
4 郑军;网络恶意数据流的检测与控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 王宝生;一种新型路由器体系结构及其实现技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
6 高振东;网络环境中的机器人视觉伺服及融合控制[D];上海交通大学;2007年
7 黄涛;发动机燃油喷射控制系统关键技术研究[D];华中科技大学;2007年
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9 李常茗;复合可重构无线通信系统网络复合的研究[D];北京交通大学;2009年
10 束根荣;基于CAN网络控制的新型信息显示系统研究[D];中国科学技术大学;2010年
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3 宋建强;基于随机优化的网络控制系统最优化方法研究[D];汕头大学;2003年
4 张凤杰;螺纹磨床在线磨削自动补偿系统——电气系统设计与控制研究[D];南京理工大学;2004年
5 赵长军;基于Internet的机器人网络控制研究[D];南京航空航天大学;2004年
6 吴晗;具有任意丢包和时延的网络控制系统滤波研究[D];浙江理工大学;2014年
7 李荣;预测控制在网络控制中的应用[D];华北电力大学;2012年
8 李虎;轨道车网络控制研究[D];北方工业大学;2012年
9 袁斌;油田自动加药系统及其网络控制[D];浙江大学;2002年
10 周学文;网络控制在铜板自动包装线中的应用研究[D];兰州理工大学;2010年
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