收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

网络控制系统的建模、控制与优化

李金娜  
【摘要】:网络控制系统(Networked control systems, NCSs)是指控制节点(传感器、控制器以及执行器)通过网络集成的一种闭环反馈控制系统。与传统的控制系统相比,这种网络化的控制系统具有信息资源共享,可远程操作,并具有省时、易于维护等优点。在现代工业和商业各个领域中已经广泛应用实时网络来交换信息和控制信号,网络控制系统发挥着重要作用,网络控制系统已成为研究热点。然而,由于网络的介入,不可避免地会在控制系统中引发传输时延,数据包丢失,数据包错序等问题,这些问题的存在不可避免地降低系统的性能,甚至使系统不稳定,使得控制系统的分析和综合变得更加复杂,给控制系统的研究带来了新的挑战。 近年来,基于网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统的研究已取得了一些成果。但是,对于输入受限,丢包补偿,基于错序的分析与控制,网络控制系统的能控性与能观性问题的研究还未得到充分考虑,尤其用图论方法研究网络控制系统的稳定性及控制器设计问题的文献还未见到。本文在充分考虑到网络化带来的不利因素的基础上,针对上述问题,利用李亚普诺夫稳定性理论、随机理论、图论理论等一些现有结果,研究了网络控制系统的建模、控制与优化问题。主要内容为: (一)研究网络控制系统的能控性与能观性。针对线性时不变的被控对象,建立了经网络离散后的时变时滞网络控制系统模型。在此基础上,给出系统的完全能控的充分必要条件。基于网络诱导时延的Markov特征,获得网络控制系统均值能控的充分必要条件。进一步,分别讨论了网络控制系统与原线性时不变系统能控性、能观性的关系和网络控制系统的能控实现指标,能观实现指标。 (二)基于图论理论研究网络控制系统的稳定性分析与控制。针对非线性网络控制系统,提出一种新的稳定性判据。在考虑到网络中存在时变网络诱导时延的情况下,基于Lyapunov方法和图论理论,分别给出非线性离散和非线性连续网络控制系统渐近稳定的充分条件,获得保持这两类系统稳定的最大允许时延界,进一步,得到控制器设计方案:针对具有有界网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统,研究了网络控制系统的区间稳定性。将区间系统与网络控制系统相结合,基于图论中赋权有向图理论并利用区间矩阵的谱特征,给出网络控制系统区间稳定的图条件。设计算法,获得反馈控制器增益。并且针对同一时延和丢包情况,获得多个控制器增益矩阵,从而有效地控制系统。 (三)研究具有数据包错序的网络控制系统建模、控制与优化。针对网络中不可避免地存在时延和数据包错序的情况,提出一个能充分描述网络中错序现象并且能有效消除错序对系统性能影响的NCSs模型。为便于控制器设计,基于矩阵理论,此模型转化为参数不确定多步时滞系统。获得使系统稳定的充分条件,基于线性矩阵不等式(LMIs)方式,得到控制器设计方案;为减少结果的保守性,给出改进的Lyapunov泛函,此Lyapunov泛函充分利用了网络诱导时延的上下界、系统状态和滞后状态的信息,获得使系统稳定的充分条件,H∞控制条件。基于LMIs技术,利用锥补方法,获得保证系统稳定的最大允许网络诱导时延界和H∞范数界γ。 (四)研究具有时延和数据包丢失的网络控制系统的建模及输入受限的网络控制系统的控制与优化。针对系统中存在长时延(网络诱导时延大于一个采样周期)、数据包丢失、噪声等情况,基于一定的数据包丢失率和有界时延,建模网络控制系统为结构事件率约束的异步动态切换系统;基于Lyapunov方法,给出具有饱和非线性约束的网络控制系统的鲁棒稳定的充分条件。在此基础上,获得使系统具有γ次优、最优鲁棒H∞控制的充分条件,并且得到最优H∞镇定输出反馈控制律。 (五)研究具有数据包丢失补偿的网络控制系统的H∞控制。给出没有数据包丢失补偿的NCSs模型,分析其渐近稳定的条件。为了减少数据包丢失对系统稳定性的影响,建立了具有长时延和丢包补偿的系统模型,在此基础上,给出系统渐近稳定的充分条件,求解基于LMIs限制的凸优化问题,获得H∞优化控制器设计方案。对同一算例仿真,表明具有丢包补偿器的NCSs趋于稳定的速度更快。进一步,设计状态观测器,将具有网络诱导时延和数据包丢失补偿的NCSs建模为Markov跳变系统,给出使系统随机稳定且具有H∞范数界γ的充分条件。通过LMIs方式,获得反馈控制律。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张颂;关于网络控制的思考──语言传播杂记之十二[J];现代传播;1999年03期
2 黄玉清,肖宇峰,陈春梅;基于网络控制的水泥转窑监控系统[J];兵工自动化;2004年05期
3 公维娥;;变频器在烧结自动配料系统中的网络控制[J];变频器世界;2005年12期
4 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
5 何世平;;僵尸网络继续维持高位[J];中国教育网络;2008年09期
6 陈博通;龙洪胜;史运涛;;西门子SIMATIC网络控制实验室的设计与实现[J];实验室研究与探索;2008年08期
7 程忠芳;;襄樊机场导航监控系统设计与实现[J];电脑与信息技术;2008年06期
8 李越;;基于通信网络的安全研究[J];电脑知识与技术;2009年12期
9 刘德;网络技术发展预测[J];微型机与应用;2001年02期
10 高富林,常进吉;有线电视网络升级改造[J];中国有线电视;2003年16期
11 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
12 张建峰,陈在平,贾超;基于DeviceNet现场总线的160SSC变频器网络控制[J];电气传动;2005年06期
13 谭建平;苏勇;周俊峰;黄长征;;300MN模锻水压机操纵系统复杂网络控制实现[J];锻压技术;2007年01期
14 梁钦;;专注存储和网络领域——LSI完成业务并购和出售调整[J];每周电脑报;2007年45期
15 周洪;杨建辉;熊巍;;自主研发网络变频器的网络控制应用研究[J];微计算机信息;2008年01期
16 于建明;高安邦;;网络控制延时解决方案探讨[J];电脑学习;2008年04期
17 周国红;陈晓枫;姜粤;王刚;;网络控制型多媒体教室的建设及其应用[J];教学与管理;2009年03期
18 周砚江;陈勇;李捷飞;;电子提花机控制系统中无线网络技术的研究及应用[J];浙江理工大学学报;2009年04期
19 黄坚;崔志方;皮佑国;;基于网络控制的焊接知识管理系统[J];电焊机;2009年09期
20 公维娥;张新宁;辛淑君;公静;;变频器控制在烧结自动配料系统中的研究与应用[J];工业仪表与自动化装置;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张子生;王红芳;彭增伟;李庆;刘志强;张庆安;周文杰;;基于基金会现场总线的煤粉静电除尘系统[A];中国物理学会静电专业委员会第十二届学术年会论文集[C];2005年
2 侯春光;曹云东;刘晓明;刘树鑫;;以太网技术在智能电器产品中的应用[A];第一届电器装备及其智能化学术会议论文集[C];2007年
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
4 石京燕;刘瑞荣;吴春珍;安德海;;数据库在网络安全管理中的应用[A];第11届全国计算机在现代科学技术领域应用学术会议论文集[C];2003年
5 柯俊峰;刘钊;;基于B3G的移动机器人系统研究[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(二)[C];2008年
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
10 董亮;王建辉;徐林;顾树生;孙盛骐;;网络环境下的液位模糊PID控制系统设计与实现[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于水情;网络控制系统的分析与综合[D];西安电子科技大学;2014年
2 邓玮璍;受约束的网络控制系统分析与设计[D];上海大学;2012年
3 忻克非;无线网络控制系统中的资源优化研究[D];浙江大学;2014年
4 姜晓伟;通讯约束下的网络控制系统跟踪性能极限研究[D];华中科技大学;2013年
5 韩飞;有限通信能力下的网络控制系统的分析与综合[D];中国科学技术大学;2014年
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周波;网络控制系统若干问题的研究[D];浙江理工大学;2014年
2 关虎昌;多采样率网络控制系统的建模与稳定性分析[D];兰州理工大学;2014年
3 张国鹏;一类网络控制系统可靠性研究[D];山西大学;2010年
4 张举志;不确定时延网络控制系统的分析与综合[D];兰州理工大学;2014年
5 郭亮威;具有时延的网络控制系统的若干控制问题[D];广东工业大学;2014年
6 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
7 贾向阳;具有时变传输延迟与传输间隔的网络控制系统的稳定性分析和控制器设计[D];广东工业大学;2014年
8 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
9 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
10 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
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李;提高网络控制效果[N];中国计算机报;2003年
2 ;网络控制缓解拥塞[N];人民邮电;2003年
3 记者 班玮;网络控制机器人,万里外海底寻“宝”[N];新华每日电讯;2010年
4 ;Gateway为网络控制PC“瘦身”[N];计算机世界;2002年
5 本报记者 李智鹏;Blue Coat网络控制有新招[N];计算机世界;2010年
6 ;风险计划管理 单证网络控制[N];中国保险报;2000年
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
8 曲啸;德国科学家用网络控制机器人探测海底世界[N];中国海洋报;2010年
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
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978