延时网络控制系统的鲁棒控制方法研究

论文摘要

网络控制系统（Networked Control Systems,简称NCS）是将控制系统的执行器、传感器和控制器等通过网络连接在一起的分布式控制系统。基于互联网的网络控制系统一方面可以实现网络控制系统与互联网之间以及网络控制系统之间的直接通讯,另一方面可以减少各种连接电缆,降低成本,易于维护。在控制系统中,引入通信网络的目的并不在于提高系统的控制性能,而在于突破控制系统地域空间的限制,从而降低控制系统的复杂性,实现集中化和高效性的运作。同时,由于网络的介入,控制回路中不可避免的存在网络延时,这常常是引起系统不稳定或产生不良性能的原因,如何有效地克服网络延时的影响,设计出满足一定性能指标的延时网络控制器,是网络控制系统最主要的亟待解决的问题。因而对延时网络控制系统的研究有着重要的理论和实际意义。本论文给出了并证明了延时网络控制系统和随机延时网络控制系统的l2-l∞性能准则,保证控制输出峰值小于一定值。并且首次提出此系统的L1性能准则。重点研究了延时网络控制系统的鲁棒l2-l∞控制,随机延时网络控制系统的l2-l∞滤波和鲁棒L1控制问题。首先,针对延时网络控制系统,研究了此系统的模型,应用Lyapunov稳定性理论以及线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality,简称LMI）技术提出并证明了系统的鲁棒l2-l∞性能准则。并依此设计了所容许的l2-l∞控制器存在的充分条件。其次,采用了Bernoulli分布的随机变量,利用线性矩阵不等式方法给出了全阶滤波器存在的充分条件,使得滤波系统均方指数稳定且具有给定的l2-l∞性能约束。再次,研究了延时网络控制系统的L1控制问题。建立了系统的L1性能准则,该性能准则可以保证系统渐近稳定且具有最劣情况下峰-峰性能约束。对L1性能进行分析,设计鲁棒L1控制器。最后,在l2-l∞状态反馈控制器和L1状态反馈控制器存在的充分条件中含有逆约束的LMIs形式,通过锥补线性化（CCL）方法将其转化为受LMIs约束的最小化问题,这样可以运用标准的数学软件对控制器的参数进行求解。用数值仿真验证所提方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 概述
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 网络控制系统的基本问题
• 1.3 国内外NCS 研究现状
• 第二章 网络控制系统的理论分析
• 2.1 网络控制系统的基本结构
• 2.2 Lyapunov 稳定性
• 2.3 系统的性能分析
• 2.4 常用的矩阵不等式
• 2-l_∞控制'>第三章 网络控制系统的鲁棒l₂-l_∞控制
• 3.1 问题描述
• 2-l_∞性能准则'>3.2 延时NCS 的l₂-l_∞性能准则
• 2-l_∞控制器设计'>3.3 延时NCS 的l₂-l_∞控制器设计
• 3.4 仿真实例
• 3.5 本章小结
• 2-l_∞滤波'>第四章 随机延时网络控制系统的l₂-l_∞滤波
• 4.1 问题描述
• 2-l_∞性能'>4.2 随机延时网络控制系统l₂-l_∞性能
• 2-l_∞滤波器设计'>4.3 随机延时NCS 的l₂-l_∞滤波器设计
• 4.4 数值算例
• 4.5 本章小结
• 第五章 网络控制系统的鲁棒L1控制
• 5.1 问题描述
• 1性能判据'>5.2 网络控制系统的L₁性能判据
• 1状态反馈控制器设计'>5.3 网络控制系统的鲁棒L₁状态反馈控制器设计
• 5.4 仿真实例
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢