具有時(shí)延和丟包的線性NCS時(shí)滯依賴魯棒容錯(cuò)控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked control system，NCS)是一種通過(guò)實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。因其連線少，成本低，資源共享，便于安裝、維護(hù)、擴(kuò)展和故障診斷等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、制造業(yè)等復(fù)雜系統(tǒng)中。但通訊網(wǎng)絡(luò)的介入，受帶寬限制和傳輸不可靠的影響，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包不可避免，加之網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的各種不確定性，使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也失去了定常性、因果性和確定性；此外多數(shù)NCS規(guī)模更加龐大，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，且故

2、障誘發(fā)因素眾多，系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，損失將難以估量，因此通過(guò)對(duì)NCS進(jìn)行容錯(cuò)設(shè)計(jì)，使其具有高安全可靠性變得尤為復(fù)雜和重要。目前NCS容錯(cuò)控制研究還處于起步階段，現(xiàn)有成果還存在諸多局限，如：對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包考慮較為單一，時(shí)延多以小于一個(gè)采樣周期的情況建模，控制策略主要采用狀態(tài)反饋，系統(tǒng)性能以魯棒完整性或魯棒H∞完整性為主，其結(jié)論保守性相對(duì)較大等。
　　 基于此，本文針對(duì)同時(shí)具有時(shí)變時(shí)延和丟包的線性不確定NCS，將數(shù)據(jù)包丟失看

3、成一種特殊時(shí)延，從減少保守性入手，以時(shí)滯依賴的方法，綜合應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論、線性矩陣不等式(Linear matrix inequality，LMI)、積分不等式等方法和技術(shù)，分別采用狀態(tài)反饋或動(dòng)態(tài)輸出反饋控制律，較為系統(tǒng)地在理論層面給出了系統(tǒng)具有魯棒完整性及具有一定性能約束的魯棒容錯(cuò)判別準(zhǔn)則和相應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)所有結(jié)果進(jìn)行了有效性和正確性的仿真實(shí)驗(yàn)研究，主要工作可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　　 1)基于狀態(tài)反饋

4、的不確定線性NCS魯棒容錯(cuò)控制研究
　　 針對(duì)不確定線性NCS，同時(shí)考慮時(shí)變時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包、或不確定有界擾動(dòng)的影響，采用狀態(tài)反饋控制策略，以保守性相對(duì)較小的時(shí)滯依賴方法，通過(guò)構(gòu)造適當(dāng)?shù)腖yapunov-Krasovskii泛函，采用積分不等式、自由權(quán)矩陣等技術(shù)，針對(duì)可能的執(zhí)行器或傳感器失效故障，推證出了系統(tǒng)具有魯棒完整性及具有一定性能約束的魯棒H∞、魯棒保性能、魯棒H∞保性能的時(shí)滯依賴充分條件，并以一個(gè)LMI約束的和線性目標(biāo)函數(shù)

5、的凸優(yōu)化方式，給出了NCS最優(yōu)性能指標(biāo)或最小擾動(dòng)抑制率的控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　 2)基于動(dòng)態(tài)輸出反饋的不確定線性NCS的魯棒容錯(cuò)控制研究
　　 針對(duì)不確定線性NCS，同時(shí)考慮時(shí)變時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包、或不確定有界擾動(dòng)的影響，采用動(dòng)態(tài)輸出反饋控制策略，以保守性相對(duì)較小的時(shí)滯依賴方法，通過(guò)構(gòu)造一種包含三重積分項(xiàng)的Lyapunov-Krasovskii泛函，采用積分不等式技術(shù)，針對(duì)可能的執(zhí)行器或傳感器失效故障，推證出了系統(tǒng)具有魯

6、棒完整性及具有一定性能約束的魯棒H∞、魯棒保性能、魯棒H∞保性能的時(shí)滯/時(shí)滯變化率依賴的充分條件，并以一個(gè)LMI約束的和線性目標(biāo)函數(shù)的凸優(yōu)化方式，給出NCS具有最優(yōu)性能指標(biāo)或最小擾動(dòng)抑制率控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　 3)在采用動(dòng)態(tài)輸出反饋控制策略時(shí)，對(duì)時(shí)延進(jìn)行了更切合實(shí)際和一般性的分段處理，并構(gòu)造了一種同時(shí)包含二重積分和三重積分項(xiàng)的Lyapunov-Krasovskii泛函，推證中未進(jìn)行模型轉(zhuǎn)化，對(duì)于Lyapunov泛函導(dǎo)數(shù)上