NBFI系统的稳定性研究

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网络控制系统(NCS)是控制科学、计算机技术及网络通讯等技术发展和综合的产物。NCS具有连线少、灵活性强、便于故障诊断和信息资源共享等众多优点,但控制系统引入网络后,由于带宽有限、分时复用、数据传输路径不确定等都会导致信息传输中的等待、阻塞及丢包等现象,不可避免地产生时延。这些受负载、通信协议等影响的时延,无论定常或时变还是有界或无界,都会不同程度影响控制系统性能,甚至导致系统失稳,这给NCS分析、设计和控制带来很大困难。因此,如何针对NCS自身特点,应用已有控制理论分析设计方法或建立新的理论和方法来解决NCS中存在的问题,成为人们研究的一个热点。基于网络的反馈连接(NBFI)是在传统的反馈连接中插入网络,通过网络实现各个被控对象之间的信息传输和数据交换的一种物理模型。其实,NBFI是网络控制系统(NCS)的一种拓展模型,如果NCS系统的控制器取为动态反馈,则它就可看做是一类NBFI,因此网络控制系统中的分析和设计方法同样的适用于NBFI系统。本文考虑了时延小于一个采样周期的情况,对NBFI系统进行了分析和建模。即,当系统中存在网络延迟时,令两个被控对象的执行器端输入值保持前一时刻状态。在分析了网络状态和系统变量之间的关系后,把NBFI建模成一个闭环系统,然后利用李亚普诺夫方法对其进行稳定性研究,推导出使系统稳定的充分条件。针对带有时延和数据包丢失的NBFI系统,将其建模为一个结构事件率约束的异步动态系统。把系统中各节点间的网络看成按照一定速率闭合的开关,从而将数据丢包率量化,建立网络状态与系统变量之间的关系。进一步将NBFI建模成一个闭环切换系统,当系统结构事件率满足一定条件的时候,NBFI是稳定的。最后,通过MATLAB仿真算例,验证了结论的有效性。
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