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通过实时通信网络以实现控制系统中各个组成部分(如:传感器、控制器、执行器)之间的信息交换、资源共享的一类反馈控制系统被称为网络化控制系统。与传统的点对点结构相比,网络化控制系统具有便于实现远程操作与控制、故障诊断能力强、易于安装与维护,成本低、灵活性好和可靠性高等优点。但是,网络在给控制系统带来诸多好处的同时,随之而来的诸如网络延时、丢包等问题也使控制系统的分析与设计变得十分复杂。
本论文以Lyapunov稳定性理论为基础,利用线性矩阵不等式和凸优化技术,采用状态空间模型,借鉴时滞系统、鲁棒控制的有关理论和方法积极在理论上进行创新,着眼于减小结果的保守性,提出了网络化控制系统新的稳定性条件和控制器设计方法。
将网络化控制系统建模成具有参数不确定性的离散时滞系统。基于这个模型,推导出了系统渐近稳定的线性矩阵不等式条件。通过求解稳定性条件得到了系统的状态反馈控制器。
通过在执行器端设置缓冲器并且以采样速率N(N≥1)倍的速率读取其中的数值,将网络化控制系统建模成具有多个时变输入时滞的离散系统。在此模型的基础上,推导了系统渐近稳定的时滞相关条件。通过求解该条件得到了系统的H∞控制器。
设计了一种能利用具有延时的传感器测量信号估计系统当前状态的观测器,并利用得到的系统当前状态的估计值来计算反馈控制量。通过引入新的Lyapunov泛函,得到了增广系统渐近稳定的充分性条件。利用锥补线性化的方法求解出控制器与观测器的增益。
将网络化控制系统建模成具有分段连续延时的时滞系统,在此基础上重点分析了系统的稳定性。通过引入新的增广形式的Lyapunov-Krasovskii泛函,首先分析了时滞系统的稳定性,得到了具有较小保守性的稳定性判据。然后将得到的稳定性条件推广到网络化控制系统,并考虑了系统的H∞控制问题。
研究了一类具有二次约束的非线性网络化系统的基于状态观测器的控制方法。推导了系统渐近稳定的充分性条件,给出了求解观测器与控制器增益的方法。
针对一类非线性网络化控制系统,研究了系统状态反馈控制器和输出反馈控制器的设计方法。尤其是给出两种计算输出反馈控制器增益的方法,并对这两种方法进行了比较。
采取模型变换的方法,得到了网络化控制系统的记忆反馈控制器。通过建立新的Lyapunov-Krasovskii泛函,得到了保守性较小的系统渐近稳定的充分性条件。利用一种迭代算法求解出了控制器增益。
最后,总结了本论文的研究工作并对未来的研究方向进行了展望。