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基于凸多面体模型的网络控制系统设计

伊骞鹤  
【摘要】: 随着网络通信技术、计算机技术的高速发展以及控制系统规模的日益扩大,网络控制系统(networked control systems, NCS)应运而生。NCS既是一种优势强大、性能卓越、运行高效、维护方便的控制系统,同时也是涉及多门学科、跨越多个领域、凝聚多种技术、采用多种研究方法的复杂的全分布式控制系统,它可以应用于几乎任何带有控制器的分布设备需要进行数据交换的场合,体现了控制系统向网络化、集成化、分布化及节点智能化的发展趋势。但是,由于NCS中网络的介入,必然产生网络诱导时延、数据包时序错乱、数据包丢失等问题,这些问题的存在,不但会使控制系统的性能降低,严重时将导致系统不稳定,从而使得对NCS的分析和设计变得非常复杂。本文针对带有不确定网络时延的网络控制系统的稳定性进行研究,提出用凸多面体模型来描述系统的不确定性,利用线性矩阵不等式(LMI)方法给出闭环系统鲁棒稳定的条件,并设计满足系统性能要求的输出反馈控制器。 首先,文章介绍了网络控制系统的基本概念和网络控制理论的发展概况、研究内容及现状;其次,介绍了网络控制系统的实时仿真工具TrueTime,分析网络诱导时延的组成和特性,利用TrueTime仿真研究来说明网络时延对系统性能的影响。针对不确定时延(有界)的网络控制系统,建立基于凸多面体结构的离散系统模型,利用线性矩阵不等式保证凸多面体结构约束条件的成立,通过求解线性矩阵不等式组,给出动态输出反馈控制器参数的设计方法,同时满足系统稳定性的要求。最后进行TrueTime仿真研究,验证该方法的合理性和有效性。


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