基于鲁棒H<,∞>控制的网络控制系统研究

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随着控制系统规模的日益增大,网络控制系统凭借其强大的优越性,引起了人们的广泛关注。网络控制系统是20世纪90年代兴起的控制理论发展中的新课题,是通过实时的网络构成闭环的反馈控制系统,是一种完全分布式、网络化的实时控制系统。网络控制系统具有系统连线少、可靠性高、结构灵活、易于系统扩展和维护以及能够实现信息资源共享等优点。然而,由于通信网络的介入,会产生一些新的问题,如网络诱导时延,数据包丢失,网络调度等,都会使得控制系统的分析和综合更为复杂。本文分别对网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统进行了分析和研究。主要工作如下:1.研究了短时延NCS的保性能控制器设计问题。针对线性时不变正常被控对象,将动态输出反馈NCS建模为含有不确定性的离散时变系统,利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式描述,研究了动态输出反馈NCS的建模、保性能最优控制,给出了动态输出反馈NCS保性能最优控制律的设计方法。2.研究了存在有限能量外部扰动时的短时延NCS的鲁棒H∞控制问题。分两个部分内容:(1)考虑到网络控制系统中状态往往难于被检测的实际情况,研究了具有动态补偿功能的动态输出反馈鲁棒H∞控制问题,给出了H∞控制律存在的条件和和控制器的实现形式。(2)针对具有控制约束和网络诱导时延小于一个采样周期的NCS,在建立其数学模型的基础上,利用LMI方法设计了使闭环系统鲁棒稳定的状态反馈H∞控制器。3.研究了存在有限能量外部扰动时的一类不确定长时延网络控制系统的非脆弱H∞控制问题。通过将系统写成描述系统形式并选取适当的Lyapunov函数,基于线性矩阵不等式技术给出了该系统非脆弱H∞控制律的设计方法。4.研究了具有时延和数据包丢失的NCS建模、稳定性分析和控制器设计问题。对于给定的数据包丢失率,系统被建模为具有两个结构事件率约束的异步动态系统。随后,利用异步动态系统理论和LMI方法推导出使系统指数稳定的充分条件并且给出了相应的控制器设计方法。
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