比例积分输出反馈网络控制系统的建模和分析

论文摘要

随着网络技术的发展,越来越多的网络(例如Internet网)被应用到分布控制系统,组成网络控制系统(NCS)。这种控制系统结构具有方便维护,操作灵活,成本低等优点。尽管网络使得控制大规模分布系统十分方便,也带来了一些不便之处,例如网络时延、数据包丢失和多包传递等。本文在综述国内外各种文献的基础上,主要研究了比例积分输出反馈网络控制系统的H∞保成本控制问题和多包传输网络控制系统的控制器设计问题。首先,本文主要介绍了网络控制系统的研究背景、特点和基本组成,描述了网络控制系统的研究现状以及比例积分微分控制和保成本控制的研究背景等。其次,研究了网络控制系统在比例积分输出反馈控制器下的H∞保成本控制问题。针对传感器与控制器,控制器与执行器之间均存在网络的网络控制系统和二次型成本函数,利用李亚普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式原理,得到了不仅使闭环系统稳定,而且使成本函数不超过某个确定上界的H∞保成本控制存在的条件,还进一步给出了H∞保成本控制的设计方法,最后举例说明方法的可行性。随后,本文又研究了多包传输网络控制系统在比例积分输出反馈控制器下的控制器设计问题。提出了一种短时延多包传输网络控制系统的建模方法,把多包传输的网络控制系统建模为切换系统,利用切换系统和鲁棒稳定性理论,给出了该系统渐近稳定的判据和控制器的设计方法,最后通过数值算例证明了结论的可行性和有效性。紧接着给出了比例积分微分输出反馈控制下,网络控制系统分别在短时延和长时延两种情况下的模型建立。最后对本文的工作进行了总结,并对下一步的研究工作进行了分析和展望。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 网络控制系统的研究背景
• 1.2 网络控制系统的研究现状
• 1.3 PID控制的研究背景
• 1.4 保成本控制的研究背景
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 NCS的建模和保成本控制
• 2.1 网络控制系统的建模
• 2.1.1 基于离散模型的网络控制系统的建模
• 2.1.2 基于连续模型的网络控制系统的建模
• 2.1.3 基于混杂模型的网络控制系统的建模
• 2.2 网络控制系统的稳定性分析
• 2.3 网络控制系统的保成本控制
• 2.4 小结
• ∞保成本控制'>第3章 PI输出反馈NCS的H_∞保成本控制
• 3.1 引言
• 3.2 模型的建立
• ∞保成本控制'>3.3 H_∞保成本控制
• 3.3.1 稳定性分析
• ∞保成本分析'>3.3.2 H_∞保成本分析
• 3.4 数值例子
• 3.5 小结
• 第4章 多包NCS的PI输出反馈控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 模型的建立
• 4.3 控制器设计
• 4.3.1 稳定性分析
• 4.3.2 控制器设计
• 4.4 数值例子
• 4.5 小结
• 第5章 PID输出反馈NCS的模型建立
• 5.1 引言
• 5.2 短时延问题
• 5.3 长时延问题
• 5.4 小结
• 第6章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果