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具有长时延与数据丢包的网络控制系统的研究

作　者: 黄逸彤
导　师: 崔宝同
学　校: 江南大学
专　业: 系统工程
关键词: 网络控制系统长时延丢包镇定控制马尔可夫跳变系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
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内容摘要

网络控制系统(Networked Control Systems，NCS)是指反馈控制系统通过加入实时通讯网络而形成的一种闭环控制系统。与传统的点对点控制相比，NCS具有资源共享、远程操作、成本低、易维护等优点，具有良好的应用前景。但是由于通信网络的引入使得控制系统出现了许多新的有待于解决的问题，包括网络诱导时延、数据包丢失、通信受限等，进而使得NCS的分析和设计变得异常复杂。在NCS的众多问题中，网络时延和数据包丢失时引起系统性能下降甚至失稳的重要原因。在实际控制系统中，随机时变时延和不确定丢包更具普遍性。本文针对具有随机长时延和丢包的网络控制系统的稳定性进行了研究。利用马尔可夫随机控制理论、Lyapunov函数和线性矩阵不等式、Shur补理以及锥补线性化理论，对非理想化网络控制系统进行建模、稳定性分析以及镇定控制器设计。首先，对于线性时不变的被控对象，将长时延网络诱导时延假设为在一个采样周期内时变不确定参数。建立系统的离散模型再基于线性矩阵不等式和Lyapunov函数得到闭环网络控制系统的随机稳定充分条件并给出镇定控制器设计，最后通过仿真算例验证方法的有效性。其次，对于反馈通道和前向通道均存在长时延的网络控制系统，针对某些实际数字网络中由网络拥塞引起的数据包丢失过程分别建立连续系统模型和离散系统模型，对带有数据丢包的网络控制系统进行稳定性控制与镇定。运用Lyapunov函数和线性矩阵不等式的方法，进行闭环网络控制系统的镇定控制器设计及稳定控制，最后仿真实例验证其有效性。最后，考虑了同时带有随机丢包和长时延的网络控制系统的稳定性问题，对系统进行建模并稳定控制。将同时具有随机丢包和有上限的随机长时延建模为带有长时延的马尔可夫跳变系统。在已有的关于时延马尔可夫跳变系统的基础上，运用Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法给出系统随机稳定的充分条件，并运用锥补线性化方法设计了镇定控制器，最后仿真算例验证了其有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 网络控制系统概述  8-9
  1.2 网络控制系统研究背景  9
  1.3 网络控制系统的研究问题  9-11
    1.3.1 网络诱导时延  10-11
    1.3.2 数据包丢失  11
  1.4 网络控制系统的研究现状  11-12
  1.5 课题研究的目的与意义  12-14
  1.6 本文的主要内容  14-16
第二章长时延网络控制系统的稳定与镇定  16-22
  2.1 引言  16
  2.2 具有长时延的网络控制系统模型  16-18
  2.3 稳定性分析及镇定控制器设计  18-20
  2.4 仿真实例  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章带有丢包的长时延网络控制系统的稳定与镇定  22-33
  3.1 引言  22
  3.2 带有丢包的长时延网络控制系统的稳定性分析  22-28
    3.2.1 连续系统模型  24
    3.2.2 带有丢包的反馈通道时延网络控制系统的稳定性分析  24-27
    3.2.3 仿真实例  27-28
  3.3 带有丢包的长时延网络控制系统的离散模型及其稳定性分析  28-32
    3.3.1 离散系统模型  28
    3.3.2 带有丢包的长时延网络控制系统离散模型的稳定性分析  28-30
    3.3.3 仿真实例  30-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章随机长时延与丢包的网络控制系统的随机稳定与镇定  33-43
  4.1 引言  33
  4.2 具有长时延随机丢包的网络控制系统建模  33-36
  4.3 系统的随机稳定性分析  36-38
  4.4 镇定控制器设计  38-39
  4.5 仿真算例  39-41
  4.6 本章小结  41-43
主要结论与展望  43-45
  主要结论  43
  展望  43-45
致谢  45-47
参考文献  47-51
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  51

具有长时延与数据丢包的网络控制系统的研究

内容摘要

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