基于混雜系統(tǒng)理論的幾類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模、分析與控制.pdf

1、隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的擴大和計算機及通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是智能傳感器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)作為獨立的節(jié)點直接與網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的集成化、分布化和網(wǎng)絡(luò)化。這種完全分布式的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了遠程操作與控制，具有資源共享、診斷能力高、便于安裝與維護、廉價等優(yōu)點。這種網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是新一代的控制系統(tǒng)的大勢所趨。然而，網(wǎng)絡(luò)介入給控制系統(tǒng)帶來了許多問題，如網(wǎng)絡(luò)傳輸導(dǎo)致的傳感信號和控制信號的傳輸延時、網(wǎng)絡(luò)帶寬受限使得數(shù)據(jù)多包多通道傳輸、通信鏈路的不

2、可靠或緩存溢出等引起的數(shù)據(jù)丟包以及不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的異步動態(tài)行為等。這些問題必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不確定傳輸，是降低系統(tǒng)性能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要因素，也使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)理論無法直接應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。本文針對網(wǎng)絡(luò)化的線性、非線性及切換系統(tǒng)等被控對象，考慮信號傳輸中的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時、數(shù)據(jù)丟包、信道干擾等問題，基于混雜系統(tǒng)理論、Lyaponov穩(wěn)定性理論、時滯系統(tǒng)理論，采用采樣控制系統(tǒng)方法和切換系統(tǒng)控制方法等混雜控制方法對幾類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性

3、及控制問題進行了研究。 本文首先概括地總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究的基本問題、研究方向和基本方法。指出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是典型的混雜系統(tǒng)，概述了混雜系統(tǒng)理論尤其是切換系統(tǒng)理論的研究進展，為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究提供理論基礎(chǔ)。 第二章，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，針對線性的被控對象，研究了具有雙邊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腘CS在動態(tài)輸出反饋控制作用下的穩(wěn)定性問題。將具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時的NCS建模成一類混雜系統(tǒng)，通過混雜系統(tǒng)分析方法得到了保證系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。

4、 第三章，考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時，針對一類網(wǎng)絡(luò)化的仿射非線性控制系統(tǒng)，利用采樣控制系統(tǒng)的方法得到了保證系統(tǒng)一致漸近穩(wěn)定的充分條件。 除了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時之外，數(shù)據(jù)丟包也是不可靠的網(wǎng)絡(luò)通信導(dǎo)致的重要現(xiàn)象之一。 第四章，針對可以實時檢測的數(shù)據(jù)包丟失問題，考慮網(wǎng)絡(luò)化的線性控制系統(tǒng)，采取開/閉環(huán)估計器間切換實現(xiàn)丟失信號的補償，分別在連續(xù)時間域和離散時間域上建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的切換系統(tǒng)模型?？紤]了切換瞬間切換脈沖的影響，研究了帶有脈沖的

5、切換系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定性。通過線性矩陣不等式(LMI)給出了切換控制器的可行解。 第五章，在第四章基礎(chǔ)上，進一步考慮了信道噪聲和干擾。建立了具有丟包和信道噪聲的統(tǒng)一的切換系統(tǒng)模型，并研究了帶有脈沖的切換系統(tǒng)的指數(shù)鎮(zhèn)定和干擾抑制問題。 第六章，針對難以實現(xiàn)實時檢測到的網(wǎng)絡(luò)傳輸中的數(shù)據(jù)包丟失情形，在“丟包”與“不丟包”事件交替發(fā)生的規(guī)律下，根據(jù)統(tǒng)計意義的最大丟包事件發(fā)生率仍然采用開閉環(huán)估計器間的切換控制，定性地研究了“慢切換”或平

6、均意義即“平均駐留時間”意義下閉環(huán)系統(tǒng)的指數(shù)鎮(zhèn)定問題。另外，也得到了具有最大網(wǎng)絡(luò)丟包率的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在“平均”意義下的指數(shù)鎮(zhèn)定條件。 第七章，提出了“網(wǎng)絡(luò)化切換控制系統(tǒng)”的概念，考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時和數(shù)據(jù)丟包的影響，建立了網(wǎng)絡(luò)化切換控制系統(tǒng)的切換時滯系統(tǒng)模型，適當(dāng)選取Lyapunov-Krasovskii范函，利用奇異系統(tǒng)的方法得到了“平均駐留時間”切換律下系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)依賴指數(shù)穩(wěn)定條件。采用線性矩陣不等式形式給出了切換控制器的設(shè)