網(wǎng)絡(luò)化串級系統(tǒng)的控制問題研究.pdf

1、閉環(huán)控制系統(tǒng)各分立節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互的傳輸媒介為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時，稱為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)。網(wǎng)絡(luò)化串級控制系統(tǒng)(NCCS)將復(fù)雜過程控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)充分結(jié)合，較傳統(tǒng)專線連接控制具有裝置間信息開放、大空間布局系統(tǒng)組件及便于整合全局信息做智能決策等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文以網(wǎng)絡(luò)化串級控制系統(tǒng)為研究對象，研究了隨機(jī)短時延下系統(tǒng)的魯棒H∞反饋控制器設(shè)計、同時存在Markov時延與丟包下系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測控制以及外部擾動作用于內(nèi)回路時系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測

2、控制等問題。具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，簡要介紹了串級控制系統(tǒng)和常用控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，給出網(wǎng)絡(luò)化串級控制系統(tǒng)進(jìn)行分析時需考慮的基本問題。接著詳細(xì)介紹了實(shí)際過程工業(yè)中常用的網(wǎng)絡(luò)化串級控制系統(tǒng)四種網(wǎng)絡(luò)配置方式及每種方式的特點(diǎn)。同時給出網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測控制策略的原理并闡述了對未知輸入（或擾動）進(jìn)行估計的比例-積分觀測器(PI observer)的設(shè)計方法。
　　其次，針對基于現(xiàn)場總線(Fieldbus)的網(wǎng)絡(luò)化串級系統(tǒng)進(jìn)行魯棒H∞控

3、制器設(shè)計。通過對系統(tǒng)現(xiàn)場總線誘導(dǎo)出的隨機(jī)短時延特性分析，經(jīng)離散化后得到對應(yīng)系統(tǒng)的離散化增廣狀態(tài)模型。接著定義增廣狀態(tài)系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)，通過使用線性矩陣不等式(LMI)方法及Schur補(bǔ)引理等知識，給出輸出反饋下系統(tǒng)的魯棒H∞漸近穩(wěn)定條件以及相應(yīng)主/副控制律反饋矩陣的求取方法。仿真實(shí)驗中通過對基于現(xiàn)場總線的主汽溫控制系統(tǒng)建模與分析驗證了設(shè)計控制律方法的有效性。
　　然后，研究了隨機(jī)時延下網(wǎng)絡(luò)化串級系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測控制策略。

4、首先，給出網(wǎng)絡(luò)化串級控制系統(tǒng)對應(yīng)的增廣狀態(tài)方程并設(shè)計增廣系統(tǒng)狀態(tài)估計器，給出根據(jù)狀態(tài)估計器得出預(yù)測控制輸入序列及補(bǔ)償器選取控制輸入的方式。然后，利用切換系統(tǒng)理論知識給出NCCS網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測的隨機(jī)穩(wěn)定條件。
　　另外，研究了一類存在擾動的網(wǎng)絡(luò)化串級控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測控制。首先，建立擾動存在時系統(tǒng)的全維PI觀測器，利用觀測器對擾動及狀態(tài)進(jìn)行估計并給出系統(tǒng)PI觀測器可設(shè)計的條件。結(jié)合切換系統(tǒng)相關(guān)理論給出擾動作用下NCCS的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測控制