基于LMI技術的網絡控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與綜合.pdf

1、通過實時網絡形成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)稱為網絡控制系統(tǒng)(Networked ControlSystems，簡記為NCSs)。隨著計算機應用技術，網絡技術和控制技術的飛速發(fā)展，網絡控制系統(tǒng)受到了廣泛的關注，并成為控制領域的一個研究熱點。與傳統(tǒng)點對點結構的控制系統(tǒng)相比，NCSs具有成本低、安裝與維護簡便、可實現資源共享、易于擴展、高可靠性等優(yōu)點。
　　網絡控制系統(tǒng)雖然有如此多優(yōu)點，但是網絡的引入也會給系統(tǒng)分析與綜合帶來新的挑戰(zhàn)，如網絡誘導

2、時延、數據包丟失、數據包時序錯亂、時變采樣間隔(Time-varying Sampling Interval)、信號量化、寬帶約束等。這些問題受到了許多學者的關注，然而如何對現有的方法進行改進或者提出新的研究方法來分析網絡控制系統(tǒng)一直需要深入的探討和研究。
　　本文對網絡控制系統(tǒng)中存在的誘導時延、時變采樣、信號量化等三大問題進行深入的研究。網絡誘導時延是影響網絡性能的一個非常重要因素，目前時延網絡控制系統(tǒng)的研究受到了很多學者的關注

3、。本文分別給出了時變時延離散網絡控制系統(tǒng)和時變時延連續(xù)網絡控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據，并通過理論證明所得結果比現有一些結果保守性小。
　　以往關于網絡控制系統(tǒng)的大部分文獻中，采樣間隔都假設為時不變的。相對于不變采樣間隔而言，變采樣間隔的控制策略往往可以讓系統(tǒng)獲得更好的性能。本文通過采樣數據控制系統(tǒng)的方法給變時延網絡控制系統(tǒng)建模，考慮采樣間隔是時變的控制策略，給出變采樣網絡控制系統(tǒng)的H∞性能分析和控制器設計的充分條件。仿真算例也表明了所給

4、條件的優(yōu)越性。
　　本文考慮了帶有信號量化的網絡控制系統(tǒng)的控制問題。針對離散網絡控制系統(tǒng)的量化輸出反饋控制問題，給出了閉環(huán)系統(tǒng)的量化輸出反饋的控制策略;同時研究了帶有狀態(tài)和控制輸入信號都量化的連續(xù)網絡控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題和H∞控制問題，給出了基于線性矩陣不等式的控制器設計條件。仿真算例表明了所提出方法的有效性。下面詳細介紹本文的主要工作。
　　第1-2章系統(tǒng)地分析和總結了網絡控制系統(tǒng)這一前沿研究領域的發(fā)展現狀及研究方法，并給出

5、了與本文相關的一些預備知識。
　　第3章研究了時變時延離散網絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。通過使用Lyapunov泛函方法，引入松散變量技術，和線性矩陣不等式方法獲得離散網絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據。通過理論推導證明了這些結果比現存的一些結果保守性小。仿真算例驗證了本章提出方法的有效性。
　　第4章研究了反饋控制系統(tǒng)中控制器和被控設備之間連接通道上的信號量化問題，即量化的反饋控制問題。本章考慮離散網絡控制系統(tǒng)的靜態(tài)輸出反饋量化問題，也就是輸出

6、信號和控制輸入信號分別在傳感器和控制器側進行量化.采用對數量化器，通過使用扇形有界方法，建立了網絡控制系統(tǒng)的模型。通過Lyapunov泛函方法，結合引入松散變量技術，給出閉環(huán)系統(tǒng)在靜態(tài)輸出反饋控制器下漸進穩(wěn)定的充分條件。并用線性矩陣不等式技術和錐補線性化(ConeComplementarity Linearization，CCL)算法給出靜態(tài)輸出反饋量化控制器的設計方法。同時，在考慮網絡控制系統(tǒng)不存在信號量化時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和鎮(zhèn)定條

7、件可以證明比現有的一些方法保守性要小。仿真算例進一步表明本章給出條件的優(yōu)越性。
　　第5章分別針對變時延和常時延的連續(xù)網絡控制系統(tǒng)，給出了新的穩(wěn)定性條件。通過采用新的Lyapunov泛函，其利用了時延相關項的各種信息，獲得了基于線性矩陣不等式的時延依賴穩(wěn)定性條件。而且本文給出的穩(wěn)定性條件從理論上證明了比現有的一些結果保守性小。仿真算例進一步表明了本章所提出方法的優(yōu)越性。
　　第6章研究了帶有數字控制輸入的網絡控制系統(tǒng)變采樣H

8、∞控制問題，這里控制對象是連續(xù)的，而控制輸入是離散的。通過使用輸入時延的方法，給出了此網絡系統(tǒng)的模型。不同于上一章，這里的采樣時間間隔是變化的，但有界。通過采用一個充分考慮采樣間隔上、下界和網絡時延界的Lyapunov泛函，給出了閉環(huán)網絡系統(tǒng)的H∞性能分析和H∞控制器設計的充分條件。對于H∞控制器求解過程中遇到的非凸問題，采用了錐補線性化方法將這類非凸問題轉化為滿足LMIs約束限制的最優(yōu)化問題。仿真結果表明本章所提出的方法具有較小的保守

9、性。
　　第7章研究了連續(xù)網絡系統(tǒng)狀態(tài)反饋的最化控制問題。系統(tǒng)中的狀態(tài)信號和控制輸入信號分別在傳感器和控制器兩側進行量化。量化器采取了兩種量化策略，即靜態(tài)量化策略和動態(tài)量化策略。在考慮網絡誘導時延和信號量化同時存在的條件下，通過李亞普諾夫泛函方法，引入松散變量技術，分別給出在兩種量化策略下網絡控制系統(tǒng)基于LMI的穩(wěn)定性條件和狀態(tài)反饋控制器設計條件，且這些條件具有涉及決策變量少、運算量小的優(yōu)點。同時針對靜態(tài)量化策略下給出的條件保守性