存在時延和數(shù)據(jù)丟包時網(wǎng)絡控制系統(tǒng)分析及設計.pdf

1、本文針對網(wǎng)絡誘導時延和數(shù)據(jù)包丟失兩大基本問題為研究對象，研究了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)包丟失和誘導時延下的最優(yōu)控制及穩(wěn)定性分析。 首先，研究了存在數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及最優(yōu)控制。針對同時存在前向通道和反饋通道數(shù)據(jù)包丟失的離散時間系統(tǒng)，分別將數(shù)據(jù)包丟失作為獨立的貝努利過程進行建模，通過對量化器量化水平參數(shù)的約束條件，確保狀態(tài)估計在均方差意義下的穩(wěn)定，并基于約束條件獲得前向通道的最大丟包率的一個上界。與此同時，基于線性二次型

2、最優(yōu)控制(LQG)性能指標和狀態(tài)估計，給出了具有數(shù)據(jù)包丟失的系統(tǒng)最優(yōu)控制律，運用線性矩陣不等式(LMI)技術和二分法進行優(yōu)化設計，并給出了反饋通道最大丟包率的一個優(yōu)化算法。最后通過仿真實例驗證了理論結(jié)果。 其次，研究了存在時延網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的補償算法和最優(yōu)控制律設計。針對系統(tǒng)存在的隨機時延，分別設計出在全狀態(tài)反饋方式和輸出反饋方式下的狀態(tài)觀測器，通過狀態(tài)觀測器的算法補償來實現(xiàn)對時延的補償，從而獲得更準確的預測估計。與此同時，基于L

3、QG性能指標，給出了隨機時延系統(tǒng)的最優(yōu)控制律，減弱了網(wǎng)絡時延和系統(tǒng)噪聲對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，通過了實例仿真，證實了提出狀態(tài)觀測器進行時延補償算法和最優(yōu)控制律設計的有效性。 隨后，針對同時存在數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡誘導時延的一類網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，將其建模為山結(jié)構(gòu)事件率約束的異步動態(tài)系統(tǒng)(ADS)，針對無數(shù)據(jù)包丟失時穩(wěn)定的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)包丟失率已知時，利用線性矩陣不等式算法和李亞普諾夫方法，給出了系統(tǒng)指數(shù)

4、穩(wěn)定的充分條件、系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的容許數(shù)據(jù)丟包率和系統(tǒng)開環(huán)狀態(tài)及閉環(huán)結(jié)構(gòu)的關系，最終得到了狀態(tài)反饋控制律和最大容許數(shù)據(jù)丟包率，仿真結(jié)果表明了理論分析的正確性。 最后，針對數(shù)據(jù)包丟失和時延同時存在的的這類系統(tǒng)建立了帶有補償估計器的NCS模型，當數(shù)據(jù)包發(fā)生丟失時，通過設計數(shù)據(jù)包丟失估計補償器，利用估計補償器的信息來更新控制器的輸出，對被控對象進行控制。由仿真結(jié)果表明，帶補償器和估計器的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)能有效降低時延和丟包對系統(tǒng)的影響，最終來