具有隨機(jī)時(shí)滯與丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS)具有成本低、系統(tǒng)故障診斷和維護(hù)方便、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于設(shè)備制造、工業(yè)自動(dòng)化以及航空航天等領(lǐng)域。然而,網(wǎng)絡(luò)的引入不可避免地帶來(lái)了時(shí)滯、數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂等問(wèn)題,這使得NCS的分析和設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。本文主要考慮網(wǎng)絡(luò)的引入所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)滯和數(shù)據(jù)包丟失等問(wèn)題,利用線性矩陣不等式(LMI)、李亞普諾夫穩(wěn)定性理論、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)作為理論分析的主要依據(jù),研究了具有隨機(jī)時(shí)滯和數(shù)據(jù)包丟失的NCS的模型建立、穩(wěn)

2、定性分析以及控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)所得到的理論結(jié)果的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。本文主要做了以下五方面研究工作:
　　 (1)研究了具有控制包丟失的NCS的隨機(jī)最優(yōu)控制問(wèn)題。針對(duì)控制信號(hào)丟包,提出了一種新的丟包補(bǔ)償策略,即基于遺忘因子法的丟包補(bǔ)償策略。當(dāng)發(fā)生控制信號(hào)丟包時(shí),執(zhí)行器將利用緩存器中存儲(chǔ)的歷史控制信息,根據(jù)遺忘因子法,重構(gòu)出丟失的控制信號(hào)。利用伯努利過(guò)程對(duì)隨機(jī)丟包現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合基于遺忘因子法的

3、丟包補(bǔ)償策略,提出了新的NCS模型?；谠揘CS模型,借助于動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法提出了NCS隨機(jī)最優(yōu)控制律。
　　 (2)基于保持一輸入數(shù)據(jù)丟包補(bǔ)償策略,采用兩種方法研究了同時(shí)具有隨機(jī)傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)丟包和控制信號(hào)丟包的NCS鎮(zhèn)定問(wèn)題。i)利用丟包的概率作為隸屬度,建立系統(tǒng)T-S模糊模型,將隨機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為非隨機(jī)系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器抵消計(jì)算擾動(dòng),進(jìn)一步得到可以使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件。ii)針對(duì)隨機(jī)NCS模型,基于李亞普諾夫穩(wěn)定性理

4、論,得到可以使閉環(huán)系統(tǒng)全局均方漸進(jìn)穩(wěn)定的充分條件,并通過(guò)LMI方法給出了狀態(tài)反饋控制律的增益矩陣。
　　 (3)考慮傳感器節(jié)點(diǎn)到控制器節(jié)點(diǎn)(S/C)和控制器節(jié)點(diǎn)到執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)(C/A)隨機(jī)時(shí)滯同時(shí)存在的情況,研究了NCS的輸出反饋鎮(zhèn)定問(wèn)題。通過(guò)在執(zhí)行器端添加緩存器使得S/C和C/A時(shí)滯合并為一個(gè)新的時(shí)滯,利用馬爾可夫鏈對(duì)這個(gè)新時(shí)滯進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,在此基礎(chǔ)上,給出了閉環(huán)系統(tǒng)均方穩(wěn)定的充分必要條件,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了單模態(tài)依賴輸出反饋控制器,

5、該輸出反饋控制器的增益矩陣可以通過(guò)求解LMI方便地得到。
　　 (4)針對(duì)一類高階不穩(wěn)定NCS,研究了PID鎮(zhèn)定問(wèn)題。基于奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù),分別給出了利用P/PI、PD/PID控制規(guī)律使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)滯的上界,并得到了確定這四種控制器參數(shù)的方法。作為特例,利用本文的結(jié)論可以直接得到二階不穩(wěn)定NCS的相關(guān)研究成果。
　　 (5)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制下的二階質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng),利用“時(shí)滯可以鎮(zhèn)定振蕩系統(tǒng),并且時(shí)滯可以改善