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时延网络控制系统的建模与稳定性分析

作　者: 吴颖
导　师: 邢伟
学　校: 东北大学
专　业: 运筹学与控制论
关键词: 网络控制系统时延数据包丢失稳定性系统建模
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 63次
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内容摘要

随着计算机网络的广泛使用和网络技术的不断发展,控制系统的结构正在发生变化。使用专用或公用计算机网络代替传统控制系统中的点对点结构,实现传感器、控制器和执行器等系统组件之间的控制信息可以相互传递的系统,即网络控制系统的研究正在迅速成为当前国际控制领域的一个前沿课题,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。但由于网络的介入不可避免地在控制回路中引入了网络诱导时延、数据包丢失、数据包时序错乱等问题影响着系统的性能。而本文主要对存在前两种问题时的网络控制系统的稳定性进行了研究。本文分别从时延小于和大于一个采样周期两部分来研究系统的稳定性问题。当时延小于一个采样周期时,首先,针对带有扰动的随机时延网络控制系统进行了分析与建模,并基于Lyapunov稳定性理论和鲁棒控制理论,利用线性矩阵不等式方法,给出了系统在扰动条件下渐近稳定且满足给定性能指标的充分条件。接着,又研究了存在数据包丢失的随机时延网络控制系统的问题,将系统建模为一类由四个时变子系统组成的切换率未知的切换系统,再将系统矩阵进行了结构分解,从而利用这四个标称系统实现了对整个系统稳定性的分析,并给出了闭环系统渐近稳定的充分条件。当时延大于一个采样周期时,首先研究了存在不确定长时延网络控制系统的稳定性,针对NCS系统中时变、长时延的特点,将系统建模为一类具有不确定性的线性离散系统,结合Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式的方法,给出了保证闭环系统渐近稳定的充分条件；接着,对同时存在数据包丢失和长时延的网络控制系统进行了详细的分析与建模,分别给出了在状态反馈和输出反馈时系统指数稳定的充分条件,通过仿真示例验证了结论的有效性。最后,对本文所研究的内容进行了总结,并指出了下一步需要研究的工作。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 网络控制系统的概述  10-12
    1.1.1 网络控制系统的提出  10-11
    1.1.2 研究目的和意义  11-12
  1.2 网络控制系统中的问题  12-15
  1.3 国内外研究现状  15-18
    1.3.1 关于网络诱导时延的研究  16-17
    1.3.2 关于数据包丢失的研究  17-18
  1.4 本论文的内容及结构安排  18-20
第2章网络控制系统的相关理论  20-30
  2.1 引言  20
  2.2 网络控制系统中时延的组成及产生的原因  20-22
    2.2.1 时延的组成  20-21
    2.2.2 时延产生的原因  21-22
  2.3 网络控制系统的分析与控制  22-23
  2.4 网络控制系统稳定的相关概念及引理  23-24
    2.4.1 系统稳定的相关概念  23
    2.4.2 系统稳定的相关引理  23-24
  2.5 线性矩阵不等式的相关介绍  24-28
  2.6 本章小结  28-30
第3章短时延网络控制系统的稳定性分析  30-44
  3.1 引言  30-31
  3.2 带有扰动的随机时延网络控制系统的稳定性分析  31-37
    3.2.1 系统的分析与建模  31-32
    3.2.2 稳定性分析  32-36
    3.2.3 仿真示例  36-37
  3.3 基于数据包丢失的随机时延网络控制系统的稳定性分析  37-41
    3.3.1 系统的分析与建模  37-40
    3.3.2 稳定性分析  40-41
  3.4 本章小结  41-44
第4章长时延网络控制系统的稳定性分析  44-64
  4.1 引言  44-45
  4.2 长时延网络控制系统的稳定性分析  45-49
    4.2.1 系统的分析与建模  46
    4.2.2 稳定性分析  46-48
    4.2.3 仿真示例  48-49
  4.3 基于数据包丢失的长时延网络控制系统的稳定性分析  49-62
    4.3.1 状态反馈  53-57
    4.3.2 输出反馈  57-61
    4.3.3 仿真示例  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第5章总结与展望  64-66
  5.1 本文的主要研究结果  64-65
  5.2 需要进一步研究的问题  65-66
参考文献  66-70
致谢  70

时延网络控制系统的建模与稳定性分析

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