具有隨機(jī)丟包與時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)容錯(cuò)控制研究.pdf

1、隨著控制系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，形成了通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成控制回路的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System，NCS)。與傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)相比，NCS可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制，且具有資源共享、易于安裝與維護(hù)，系統(tǒng)成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性，給系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來了困難，也使得針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的容錯(cuò)控制算法難以應(yīng)用到NCS中，因此迫切需要發(fā)展NCS的容錯(cuò)控制理論。為此

2、，本文在研究網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模、分析與控制問題的基礎(chǔ)上，綜合考慮被控對(duì)象的不確定因素和控制性能需求，研究了NCS的容錯(cuò)控制問題，以期提高NCS的可靠性和安全性，為網(wǎng)絡(luò)化容錯(cuò)控制系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際工程中做好理論基礎(chǔ)準(zhǔn)備。本文的主要研究成果如下：
　　 (1)針對(duì)具有外部擾動(dòng)和馬爾可夫丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種H∞狀態(tài)反饋控制方法。將NCS建模為馬爾可夫跳變線性系統(tǒng)，給出了基于線性矩陣不等式形式的NCS均方穩(wěn)定且滿足H∞擾動(dòng)衰減指標(biāo)的

3、充分條件及控制器的設(shè)計(jì)方法。進(jìn)一步針對(duì)同時(shí)存在丟包和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了H∞狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)方法。
　　 (2)針對(duì)具有有界數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種完整性設(shè)計(jì)方法和一種保成本容錯(cuò)控制方法。考慮兩種數(shù)據(jù)包丟失的情況，設(shè)計(jì)了針對(duì)執(zhí)行器故障和傳感器故障的NCS容錯(cuò)控制器；基于馬爾可夫丟包模型，構(gòu)造丟包依賴的Lyapunov函數(shù)，推導(dǎo)出了保證故障系統(tǒng)均方穩(wěn)定且滿足保成本性能指標(biāo)的充分條件，通過求解線性矩陣不等式約

4、束的最小化問題，給出了最優(yōu)保成本容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法。
　　 (3)針對(duì)基于隨機(jī)丟包模型的不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種魯棒控制方法和一種魯棒容錯(cuò)控制方法?？紤]丟包存在于傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器之間的網(wǎng)絡(luò)通道，并將網(wǎng)絡(luò)通道建模為開關(guān)模型。針對(duì)不確定性滿足不完全匹配結(jié)構(gòu)的情況，將NCS建模為有四個(gè)模態(tài)的馬爾可夫跳變系統(tǒng)，并分別給出了保證正常系統(tǒng)和故障系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件。基于連續(xù)增益故障模型，研究了一類具有外部擾動(dòng)的隨機(jī)丟

5、包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞容錯(cuò)控制問題，利用錐補(bǔ)線性化方法，設(shè)計(jì)了H∞容錯(cuò)控制器。
　　 (4)針對(duì)一類具有參數(shù)不確定性和外部干擾輸入的被控對(duì)象，提出了連續(xù)時(shí)間隨機(jī)時(shí)延NCS的魯棒H∞狀態(tài)反饋控制方法和魯棒H∞容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法。構(gòu)造依賴于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的控制器，將NCS建模為含有兩個(gè)隨機(jī)時(shí)延參數(shù)的連續(xù)時(shí)間馬爾可夫跳變系統(tǒng)，給出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定且滿足H∞性能的充分條件。在考慮執(zhí)行器連續(xù)增益故障情況下，利用Lyapunov-Krasov

6、skii泛函方法，設(shè)計(jì)了保證故障系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定且滿足H∞性能的容錯(cuò)控制器。
　　 (5)針對(duì)一類具有執(zhí)行器故障和馬爾可夫時(shí)延的離散時(shí)間網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種動(dòng)態(tài)輸出反饋容錯(cuò)控制方法。在考慮執(zhí)行器連續(xù)增益故障情況下，通過增廣矩陣的方法，將基于動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器的NCS建模為具有兩個(gè)馬爾可夫參數(shù)的隨機(jī)跳變系統(tǒng)，給出了故障系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的充要條件，利用錐補(bǔ)線性化方法提出了容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法。
　　 最后，在總結(jié)全文工作的基礎(chǔ)上，