网络控制系统的建模及其稳定性分析

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由于飞速发展的计算机网络技术,再加上一直跌价的计算机硬件,自动化的网络控制系统逐步进入到我们的生活;远程控制以及复杂系统的控制,这是人类现阶段最迫切的计算机技术需求。通过对这些因素的分析,做到网络控制系统的综合分析,是我们急需解决的控制理论研究范畴中重要的一个点。关于规律的线性系统、无规律的不确定系统和非线性系统的网络化控制,以及怎样实际应用网络控制,我们通过一些基本理论,如切换系统理论,随机控制理论,时滞系统理论,鲁棒控制理论与线性矩阵不等式等,进行了深入研究。本文对切换系统进行了定义,研究了影响切换系统稳定的两个基本问题:即能否找到一个保证切换系统在任意切换函数下均稳定的条件;若切换系统不能在任意切换函数下稳定,则需要找一类切换函数,这一类切换函数能让该切换系统稳定下来。李雅普若夫函数是用来分析切换系统稳定性的一种常用切换函数方法,因此,对于连续性时间以及离散性时间线性切换系统,本文利用这个方法进行了稳定性研究。本文对同时存在于网络控制系统中的时变延迟、时变传输间隔以及通信限制问题进行了研究,基于以上前提,对网络控制系统的稳定性给出了定义。将传输间隔和传输延迟看做一个连续随机变量序列,在此条件下分析了NCS系统的稳态性能。并且将随机协议作为开关函数。此分析是基于NCS随机的变参数离散时间开关线性系统模型进行的。通过采用在均方中处理连续概率分布的过量近似方法得到了系统的稳定条件,并且能够保证当前的稳定性不会受到之前早期结果的影响。论述了短迟延网络控制系统的鲁棒控制稳定性问题。介绍了鲁棒控制和鲁棒稳定性问题。用一个改进的、线性的、随机的系统来描述网络控制系统,同时用一个改进的状态反馈控制规律设计随机系统。在对闭环网络控制系统的深入研究分析的基础上,得出了其渐进稳定的条件并建立了渐近稳定条件允许的延迟上限和时延变化范围之间的定量关系。分析最后的仿真结果,可以知道这种方法是具有可靠性的。在数据包没有丢失的情况下,本文对短延迟网络的控制系统的故障检测进行了分析讨论。第一步,对于网络控制系统中的两个基本模型——为时间驱动的传感器模型,以及为事件驱动的控制器和执行器模型,本文做了详细的阐述与分析,并在此基础上建立了一个不确定参数的离散方程;对于系统的故障检测,我们设计了一个状态观测器;对于故障检测系统的稳定性条件,可以利用李雅普诺夫稳定性判据得出。这些都通过了仿真结果的验证,从而说明了这个方法是可以实施的。在本文的最后,概括归纳了重点工作与主要的创新点,并在其上拓展宽度,对今后的研究工作打下了坚实的基础。
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