離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的建模與控制研究.pdf

1、隨著通信技術的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的網(wǎng)絡化需求不斷提高，傳統(tǒng)的點對點的控制策略已經(jīng)不能滿足對控制系統(tǒng)的性能要求，點對點的結構在很多場合逐漸被通信網(wǎng)絡所取代，系統(tǒng)中的傳感器、控制器、執(zhí)行器等部件通過通信網(wǎng)絡來進行連接的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)由此產(chǎn)生。與傳統(tǒng)的點對點結構相比，網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)有很多優(yōu)勢，比如降低布線成本，易于診斷與維護，增加系統(tǒng)的可靠性等，因此在航空、航天、軍事、醫(yī)學、工業(yè)及交通等領域得到了廣泛的關注。然而反饋回路中網(wǎng)絡的引入使得網(wǎng)絡化控制

2、系統(tǒng)的分析與設計變得更加復雜，數(shù)據(jù)通信延時、丟包、多包、抖動、亂序等問題使得系統(tǒng)的性能下降甚至不穩(wěn)定。因此，對網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義及實際應用價值。
　　本文主要從單包傳輸與多包傳輸兩方面研究網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的建模、控制與故障檢測問題，并基于移動機器人設計了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)試驗平臺。主要研究工作如下：
　　第1章介紹了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的概念及其產(chǎn)生的過程，描述了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的三種基本結構，接著分析網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的

3、若干基本問題，并綜述了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，最后概述了本論文的主要研究內容。
　　第2章考慮離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中具有單包傳輸?shù)那闆r，研究含有任意時變時延以及數(shù)據(jù)包丟失的離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性分析及魯棒控制問題。針對雙邊網(wǎng)絡同時含有數(shù)據(jù)包丟失及任意時變網(wǎng)絡時延的離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，建立具有普遍意義的離散系統(tǒng)模型。
　　第3章考慮離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中具有多包傳輸?shù)那闆r，研究含有任意時變時延以及數(shù)據(jù)包丟失的離散網(wǎng)絡化

4、控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性分析及魯棒控制問題。針對含有多包傳輸、數(shù)據(jù)包丟失以及時變網(wǎng)絡短時延的離散網(wǎng)絡化控制系H∞統(tǒng)，建立具有普遍意義的離散系統(tǒng)模型。首先從無時延及含有時變短時延兩方面把同時含有多包傳輸、數(shù)據(jù)包丟失的離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)建模成為具有固定事件率約束的異步動態(tài)系統(tǒng)(ADS)，推導出使系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件并給出了鎮(zhèn)定控制器的具體求解算法。再從系統(tǒng)含有外界干擾以及不含外界干擾兩方面把同時含有丟包、多包及時變短時延的離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)

5、建模成為具有任意切換信號的離散線性切換系統(tǒng)，并結合切換Lyapunov函數(shù)研究系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和魯棒控制問題。
　　第4章從單包傳輸及多包傳輸兩種情況來研究離散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測問題。首先針對含有時變網(wǎng)絡短時延及范數(shù)有界的未知輸入影響的單包傳輸網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，設計魯棒故障檢測濾波器，最終將故障檢測濾波器的設計問題轉化成一類具有線性矩陣不等式約束和目標函數(shù)的凸優(yōu)化問題，然后考慮同時含有數(shù)據(jù)包丟失及多包傳輸?shù)碾x散網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，利

6、用多包傳輸及數(shù)據(jù)包丟失的特點將誤差系統(tǒng)等效為離散線性切換系統(tǒng)，利用切換系統(tǒng)理論推導出使誤差系統(tǒng)在任意切換信號下漸近穩(wěn)定并具有H∞性能指標γ的充分條件。
　　第5章采用上海廣茂達伙伴機器人有限公司生產(chǎn)的智能風暴研究版AS-R型機器人作為被控對象，以機器人避障為例構建了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)試驗平臺，為網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的算法驗證提供試驗環(huán)境。整體系統(tǒng)分為視覺子系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)兩部分進行構建，詳細給出了控制子系統(tǒng)及視覺子系統(tǒng)的設計過程及網(wǎng)絡接口的