網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的調(diào)度與保性能控制器設(shè)計(jì).pdf

1、通過(guò)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)形成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，簡(jiǎn)稱(chēng)NCS），它融合了計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)和控制等多項(xiàng)技術(shù)。相對(duì)傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有連線(xiàn)少、信息資源能共享和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然而,在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境下，將不可避免地發(fā)生網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、丟包、錯(cuò)序以及執(zhí)行器與傳感器故障，這將給網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能帶來(lái)消極影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。因而，NCS成為了廣大學(xué)者們研究和探討

2、的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。本文著重研究了其在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的調(diào)度與保性能控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要工作概括如下：
　?。?）研究了具有時(shí)變時(shí)延和丟包等不確定性動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)因素的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。時(shí)變時(shí)延被建模成一類(lèi)對(duì)系統(tǒng)具有不確定性影響的時(shí)變參數(shù)，并用一類(lèi)服從Bernoulli分布的事件來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)傳輸中的丟包事件。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)完全可測(cè)時(shí)，在保證系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的條件下，采用線(xiàn)性矩陣不等式（LMI）原理，設(shè)計(jì)了一類(lèi)狀態(tài)反饋控制器；同時(shí)，在系統(tǒng)狀態(tài)不完全可

3、測(cè)的情況下，通過(guò)增廣系統(tǒng)狀態(tài)與估計(jì)誤差，設(shè)計(jì)了基于觀測(cè)器補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)反饋控制器使得系統(tǒng)呈指數(shù)穩(wěn)定。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該策略的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?。?）提出了具有雙故障的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與保性能控制器設(shè)計(jì)的方法。首先，在考慮執(zhí)行器可能失效的情況下，研究了一類(lèi)帶有不確定參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒保性能控制問(wèn)題。其次，在考慮傳感器和執(zhí)行器故障同時(shí)發(fā)生的情況下，建立了雙故障網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型。并基于時(shí)滯分段法和Lyapunov穩(wěn)定

4、性理論,在保證綜合性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求的條件下，提出了使閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在雙故障條件下漸近穩(wěn)定的保性能控制策略。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該策略的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?。?）針對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備高頻率沖突和有限的帶寬、節(jié)點(diǎn)能量的特點(diǎn),提出了通過(guò)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的基于模型預(yù)測(cè)誤差的調(diào)度策略。一方面，將NCS建模為一類(lèi)連續(xù)時(shí)間模型，并將切換開(kāi)關(guān)安置在傳感器端以降低整個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)沖突；另一方面，NCS被建模為一類(lèi)離散時(shí)間模型，且將實(shí)現(xiàn)調(diào)度策略的

5、切換開(kāi)關(guān)安置在控制器端以降低網(wǎng)絡(luò)中后向通道的數(shù)據(jù)沖突，并節(jié)約了執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)能量。并結(jié)合Lyapunov理論和LMI方法推導(dǎo)了此類(lèi)系統(tǒng)的保性能控制率。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該策略的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　（4）將網(wǎng)絡(luò)化建模與保性能控制器設(shè)計(jì)的方法推廣到被控對(duì)象為分布參數(shù)的系統(tǒng)中，在考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包和不確定參數(shù)的情況下，提出了具有空間特性的分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模方法。結(jié)合Lyapunov-Krasovskii函數(shù)與加權(quán)