具有随机长时延和不确定参数的网络控制系统稳定性研究

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网络控制系统(NCSs,Networked Control Systems)即控制网络,又称为分布式控制系统,融合了传感器、网络、计算机、电子以及网络通信等技术于一体,相比于传统的点对点式控制系统,具有着安装维护方便、信息集成度高、系统布线少、灵活可靠性强等众多优点。尽管网络的加入为控制系统带来诸多的便利,但同时也引入了一些亟待解决的问题,如时延、丢包以及时序错乱等显著影响系统服务质量甚至稳定性的问题。针对于此,本文主要对具有随机长时延、丢包以及参数抖动的NCSs的进行相关控制器设计和稳定性分析,具体工作如下:首先,描述了NCS的概念以说明课题研究目的和意义,概述了国内外研究现状以及NCS的发展历程,并对本文所涉及的矩阵不等式、鲁棒控制、保性能控制、异步动态系统以及相应的引理和定义也做了简要介绍。其次,依据系统的抗干扰能力,将系统分为一般连续系统以及含有不确定参数的控制系统。鉴于前者需要有较高的控制性能,因此本文基于李雅普诺夫函数和鲁棒理论,给出了保性能控制器设计以及相应的性能指标,该控制器针对不同时延均能实现快速稳定。而对于后者,本文先考虑系统理想无丢包的情况,设计了系统参数抖动时依然有着良好控制性能的鲁棒控制器,然后,通过用网络开关去模拟系统丢包的方法,将系统建模成异步动态系统,综合考虑了长时延、丢包以及参数抖动等特性,获得保障系统稳定的充分条件。最后通过几组数值仿真验证了所设计方法的正确性和有效性。再次,对于复杂的多输入系统,本文基于多入单出的思想方法,将系统看成一个整体进行建模和分析,而不是分别对每一个子系统进行分析,简化了分析过程,并通过一系列矩阵不等式给出了相应的控制器设计和稳定性分析的方法,最后应用轮式移动机器人仿真说明了该思想的正确性。最后,对本文工作进行总结,并阐述了研究中的不足和需要改进的地方。
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