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具有随机时延特性的网络控制系统建模与仿真研究

作　者: 张志
导　师: 刘桥
学　校: 长沙理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 网络控制系统(NCS) 系统建模确定性时延随机时延 Takagi-Sugeno模糊控制系统仿真
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

本文介绍了国内外学者对网络控制系统(NCS:Networked Control Systems)的研究状况,以及NCS系统的结构、特点和网络时延的产生机理。运用Matlab环境下的Truetime工具箱,利用一个PID控制的电机伺服系统作为实例,构建仿真模型,研究了网络时延对NCS系统稳定性的影响,验证了随网络时延的增加,NCS系统的稳定性、收敛性将显著下降的结论。接着,结合文献资料,对具有确定性短时延的NCS系统的离散数学模型,以及具有随机短时延的NCS系统的连续数学模型,进行了系统仿真,验证了模型的可靠性与稳定性。由于目前针对NCS系统的研究难点和热点,是如何采用离散数学模型对其进行分析,所以本文的研究工作重点是:分别针对短时延和长时延条件下的NCS系统,运用离散化的数学方法进行系统建模和仿真。针对短时延情况下的NCS系统,在假设传感器为时间驱动,控制器和执行器为时间驱动的条件下,运用基于离散化数学模型的建模方法对NCS系统进行建模,利用实例在Matlab环境下搭建了系统的仿真模型,得到了系统的输入输出曲线,验证了推导过程的准确性和模型的有效性。对具有随机长时延的NCS系统建模与仿真研究过程中,在假设传感器为时间驱动,控制器和执行器均为事件驱动的条件下,将模糊控制理论与基于离散数学模型的建模方法相结合,提出了基于Takagi-Sugeno模糊控制理论的离散NCS系统模型,并设计了一个与该NCS系统型式相似的的状态观测器,将其设置在控制器端对网络时延进行补偿。然后通过实例利用Truetime工具箱搭建了系统的仿真模型,分别对随机长时延条件下的传统NCS系统模型、无状态观测器的T-S NCS系统模型、含状态观测器的T-S NCS系统模型进行了仿真研究,得到了各个系统的输入输出曲线,论证了基于T-S模糊控制理论的离散数学模型相对于传统模型的优越性,以及在控制器端加入的状态观测器的有效性。最后,对全文的工作进行了总结,并对NCS系统的未来研究方向和发展趋势进行了展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题背景及意义  9
  1.2 国内外研究状况  9-12
  1.3 本文的主要研究工作及章节内容安排  12-14
第二章网络控制系统（NCS）时延分析  14-25
  2.1 网络控制系统的结构与特点  14-16
    2.1.1 网络控制系统的结构  14-15
    2.1.2 网络控制系统的特点  15-16
  2.2 网络控制系统时延产生机理及影响  16-18
  2.3 仿真工具Truetime 简介  18-23
  2.4 实例仿真  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章具有随机时延连续时间NCS 系统模型分析与仿真  25-32
  3.1 具有确定性时延的NCS 系统模型及仿真  25-27
    3.1.1 确定性时延的NCS 系统模型  25-26
    3.1.2 具有确定性时延的NCS 系统仿真实例  26-27
  3.2 具有随机时延的连续时间NCS 系统模型  27-28
  3.3 具有随机时延的连续时间NCS 系统稳定性分析与仿真  28-31
    3.3.1 具有随机时延的连续时间NCS 系统稳定性分析  28-30
    3.3.2 具有随机时延的连续时间NCS 系统仿真实例  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章具有随机短时延离散时间NCS 系统建模与仿真  32-38
  4.1 短时延离散时间NCS 系统建模  32-34
  4.2 短时延离散时间NCS 系统的稳定性分析  34-35
  4.3 具有短时延离散时间NCS 系统仿真实例  35-37
  4.4 本章小结  37-38
第五章具有随机长时延离散时间NCS 系统建模与仿真  38-48
  5.1 Takagi-Sugeno 模糊模型基本原理  38-39
  5.2 基于T-S 模糊模型的长时延离散时间NCS 系统建模  39-42
  5.3 基于T-S 模型的网络控制系统状态观测器的设计  42-44
  5.4 具有长时延离散时间NCS 系统仿真实例  44-47
  5.5 本章小结  47-48
总结与展望  48-50
参考文献  50-54
致谢  54-55
附录 A 攻读学位期间参与的项目  55-56
附录 B 攻读学位期间发表的学术论文  56-57
详细摘要  57-63

具有随机时延特性的网络控制系统建模与仿真研究

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