基于模型的网络化离散控制系统分析与综合

【摘要】：作为近年来控制领域的前沿课题之一,网络化控制系统的研究即是利用共享通信网络将空间分布的传感器、控制器和执行器连接起来实现被控对象实时反馈控制。在控制回路中引入共享网络可以实现诸多优点,如：降低安装成本、减少系统布线、简化系统维护和故障诊断等。但同时网络化控制系统也存在自身固有的缺陷,如：网络带宽限制、网络延时和网络丢包。这些问题的存在导致系统性能变差,严重时甚至使闭环系统失稳,因此有必要对网络化控制系统进行深入的研究。本论文在总结前人工作的基础上,针对网络丢包和带宽限制缺陷,研究网络化控制系统的建模、分析和综合问题。主要研究内容包括如下几方面： 1.针对缓冲器容量受限的条件,分析具有多胞体不确定的网络化离散控制系统的稳定性。其中控制器接收到缓冲的传感器信息的时间间隔随机,且由于缓冲器容量受限,因而控制器接收的缓冲数据总量也相应随机。并分别给出一般性网络化切换控制系统指数稳定和由Markov链驱动的网络化控制系统指数均方稳定的充分条件。 2.研究具有加性扰动不确定性的网络化离散控制系统,其中控制器接收到传感器信息的时间间隔随机。推导出新的小增益原理,建立此问题与线性离散时间随机系统H∞控制的关系。基于此结果,给出保证网络化控制系统均方二次稳定的充分条件,并采用遗传算法和线性矩阵不等式技术设计控制器。 3.推导出单包传输和多包传输策略下的Markovian线性跳变系统的分离原理。研究传感器至控制器通道和控制器至执行器通道都存在随机丢包行为的网络化控制系统。首先将丢包行为建模为两个相互独立的Markov链,随后将网络化控制系统转化为Markovian线性跳变系统,之后根据上述分离原理解决系统稳定性问题和镇定控制问题。 4.研究单包传输和多包传输策略下的网络化控制系统,其中被控对象参数具有时变范数有界的不确定,传感器至控制器通道和控制器至执行器通道存在随机丢包现象。分别针对随机镇定控制综合和鲁棒H∞控制器设计,给出线性矩阵不等式形式的充分条件。 本文最后对全文进行了总结和展望。