网络控制系统的稳定性及量化影响分析

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随着科技和工业的发展,传统的点对点控制系统已经远远不能满足现今工业生产过程的控制要求。随着网络通信在实际应用中的普及,将网络通信和控制系统相结合而构成的网络控制系统便因此诞生了。网络控制系统相比于传统的点对点控制系统,其最大特点就是利用网络连接控制系统中的传感器、控制器和执行器。网络控制系统因网络的引入而具有很大的优势,如:结构简单化、升级维护方便、降低布线成本、管控一体化、可靠性高等。但也由于网络的引入带来了网络本身固有的物理局限性,如网络诱导时延、丢包、信息安全、信道带宽限制等缺陷。正因为网络控制系统还有这么多缺陷的存在,所以为了更好地将网络控制系统应用到实际生产控制当中,我们就很有必要对网络控制系统进行研究。自从G.C.Walsh在1999年首次提出网络控制系统的概念以来,广大学者已经花了很多心血在对网络控制系统的研究上,也取得了很多研究成果。针对网络控制系统的研究主要基于时滞系统模型、量化器模型、切换系统模型和马尔科夫链模型四种系统模型。研究内容主要有稳定性分析、鲁棒控制、滤波和量化控制等等。本文主要研究网络控制系统的稳定性问题及量化器给稳定性带来的影响。绪论章节主要介绍了网络控制系统的概念、优缺点、研究意义及研究现状。在总结已有的研究成果时发现:很多学者在处理积分项时会忽略一些有效信息,从而给得到的结果带来了一定的保守性。此外,很多学者采用时滞分解法来分析网络控制系统的稳定性问题,但是很少把时滞分解法应用到对网络控制系统的量化研究中去,所以采用时滞分解法来研究网络控制系统的量化影响时是否可以减小结果的保守性有待进一步研究。本文就针对上述提出的问题,基于时滞系统模型和量化器模型对网络控制系统的稳定性进行相应的研究。第一部分研究了标称形式的网络控制系统的稳定性问题,考虑存在网络诱导时滞和数据丢包现象的情况,采用了不等分的时滞分解法,将人为构造的(t)分解为1(t)和2(t),构造了一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,并在处理对泛函求导产生的积分项时保留了被很多学者忽略的有效项,分别应用凸组合和凸优化原理得到了比现有相关文献保守性更小的稳定性准则。并通过本文所得命题之间的横向对比,得出一个结论:在保证最优结果的前提下应采用形式尽量简单、运算效率尽量好的稳定性准则。第二部分基于前面的研究,将时滞分解法应用到带对数量化器网络控制系统稳定性的分析当中,基于Lyapunov-Krasovskii泛函方法,得到了一个稳定性准则。最后,给出的数值示例验证了所得稳定性准则的有效性,并通过跟现有相关文献的对比验证了采用时滞分解法可以得到保守性更小的稳定性准则。第三部分分析了带动态量化器网络控制系统的稳定性问题,基于时滞分解法和Lyapunov-Krasovskii泛函方法,得到了比第二部分保守性更小的稳定性准则。并通过数值示例和现有其他文献的对比验证了本文所得到的稳定性准则改进了现有结果。最后总结了本文的研究内容以及将来需要继续研究的方向。
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