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(kuò)大和計(jì)算機(jī)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(jī)構(gòu)作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)直接與網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作與控制，具有資源共享、診斷能力高、便于安裝與維護(hù)、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。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(shì)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(hào)和控制信號(hào)的傳輸延時(shí)、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(diǎn)的異步動(dòng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化的線性、非線性及切換系統(tǒng)等被控對(duì)象，考慮信號(hào)傳輸中的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)、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(shí)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(duì)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(jìn)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(jìn)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(duì)線性的被控對(duì)象，研究了具有雙邊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腘CS在動(dòng)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(shí)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(shí)，針對(duì)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(shí)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(duì)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)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(jì)器間切換實(shí)現(xiàn)丟失信號(hào)的補(bǔ)償，分別在連續(xù)時(shí)間域和離散時(shí)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(jìn)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(duì)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)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(jì)意義的最大丟包事件發(fā)生率仍然采用開閉環(huán)估計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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)