网络控制系统的状态反馈控制

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将传感器、控制器和执行器通过网络形成的闭环反馈控制系统称为网络控制系统。它集成了计算机技术、通信技术和控制理论,并且成为现代工业生产的主要发展方向。但同时网络传输也会带来一系列的问题,例如网络诱导时延、数据丢包、时序错乱等,这些都是导致系统性能下降甚至失稳的重要因素。本文主要针对网络控制系统中出现的网络诱导时延和数据丢包问题做了以下工作:(1)介绍了研究网络控制系统的目的和意义以及目前对网络控制系统中网络诱导时延和数据丢包的主要研究方法。并通过查阅国内外相关文献,了解了网络控制系统中状态反馈控制的研究现状及发展趋势。(2)研究了从传感器到控制器和控制器到执行器都存在网络诱导时延的状态反馈控制,并基于Lyapunov稳定性理论和时滞系统的稳定性理论方法,以线性矩阵不等式的形式推导出了使系统渐进稳定的充分条件,并给出了状态反馈控制器的设计方法,通过仿真验证了所设计的控制器较之一般的控制器能够有效的提高系统的稳定性能。(3)将网络通道存在数据丢包的网络控制系统建模为由事件约束的异步动态系统,利用异步动态系统理论,在求解线性矩阵不等式的基础上,得到了数据传输成功率与闭环网络控制系统稳定的精确关系。重点分析了数据传输率随机变化的情况,给出了保证系统指数稳定的充分条件和使得系统均方稳定的状态反馈控制器的设计方法,数值仿真验证了此方法的有效性。(4)对前馈和反馈两个通道同时具有网络诱导时延且存在数据丢包的网络控制系统进行了研究,通过将丢包的网络控制系统建模为异步动态系统模型,并将长时延对系统的影响转化为系统的未知有界的不确定项来处理。在数据包传输率已知的前提下,给出了控制器能够存在的充分条件,以及如何设计状态反馈控制器的具体步骤,最后通过具体的仿真实例验证了该状态反馈控制不但使闭环系统稳定而且具有H∞性能。
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