網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的調度與保性能控制器設計.pdf

1、通過實時網(wǎng)絡形成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)被稱為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（Networked Control System，簡稱NCS），它融合了計算機、通信、網(wǎng)絡和控制等多項技術。相對傳統(tǒng)的點到點的連接方式來說，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)具有連線少、信息資源能共享和易于維護等優(yōu)點。然而,在復雜的網(wǎng)絡傳輸環(huán)境下，將不可避免地發(fā)生網(wǎng)絡誘導時延、丟包、錯序以及執(zhí)行器與傳感器故障，這將給網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的性能帶來消極影響，甚至導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。因而，NCS成為了廣大學者們研究和探討

2、的一個熱點問題。本文著重研究了其在網(wǎng)絡環(huán)境下的調度與保性能控制器設計問題，主要工作概括如下：
　?。?）研究了具有時變時延和丟包等不確定性動態(tài)網(wǎng)絡因素的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。時變時延被建模成一類對系統(tǒng)具有不確定性影響的時變參數(shù)，并用一類服從Bernoulli分布的事件來描述網(wǎng)絡傳輸中的丟包事件。當系統(tǒng)狀態(tài)完全可測時，在保證系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的條件下，采用線性矩陣不等式（LMI）原理，設計了一類狀態(tài)反饋控制器；同時，在系統(tǒng)狀態(tài)不完全可

3、測的情況下，通過增廣系統(tǒng)狀態(tài)與估計誤差，設計了基于觀測器補償?shù)臓顟B(tài)反饋控制器使得系統(tǒng)呈指數(shù)穩(wěn)定。最后通過仿真實驗對該策略的可行性和有效性進行了驗證。
　?。?）提出了具有雙故障的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的建模與保性能控制器設計的方法。首先，在考慮執(zhí)行器可能失效的情況下，研究了一類帶有不確定參數(shù)的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的魯棒保性能控制問題。其次，在考慮傳感器和執(zhí)行器故障同時發(fā)生的情況下，建立了雙故障網(wǎng)絡控制系統(tǒng)模型。并基于時滯分段法和Lyapunov穩(wěn)定

4、性理論,在保證綜合性能指標滿足要求的條件下，提出了使閉環(huán)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在雙故障條件下漸近穩(wěn)定的保性能控制策略。最后通過仿真實驗對該策略的可行性和有效性進行了驗證。
　?。?）針對網(wǎng)絡具備高頻率沖突和有限的帶寬、節(jié)點能量的特點,提出了通過切換開關實現(xiàn)的基于模型預測誤差的調度策略。一方面，將NCS建模為一類連續(xù)時間模型，并將切換開關安置在傳感器端以降低整個反饋網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)沖突；另一方面，NCS被建模為一類離散時間模型，且將實現(xiàn)調度策略的

5、切換開關安置在控制器端以降低網(wǎng)絡中后向通道的數(shù)據(jù)沖突，并節(jié)約了執(zhí)行器節(jié)點能量。并結合Lyapunov理論和LMI方法推導了此類系統(tǒng)的保性能控制率。最后通過仿真實驗對該策略的可行性和有效性進行了驗證。
　?。?）將網(wǎng)絡化建模與保性能控制器設計的方法推廣到被控對象為分布參數(shù)的系統(tǒng)中，在考慮網(wǎng)絡傳輸時延、數(shù)據(jù)丟包和不確定參數(shù)的情況下，提出了具有空間特性的分布參數(shù)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的建模方法。結合Lyapunov-Krasovskii函數(shù)與加權