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网络化控制系统(NCS)是将通讯网络引入到传统控制系统实现系统元件间信息交互的一类先进控制系统,具有低成本、易维护、信息共享和远程控制等优点,已经被广泛应用于诸多现代工业控制系统。同时,通讯网络引入的网络诱导因素(如网络时延和数据丢包等)直接影响系统的稳定性和性能,给系统的分析和综合带来了新的挑战。一些传统控制理论(如比例积分(PI)控制、模糊控制等)可能不再适用于NCS,亟待重新深入研究。本文将考虑网络通讯过程中时延和数据丢包等因素,采用状态增广方法研究如下三类问题:(i)一类连续线性系统的网络化PI控制问题及其在无线网络环境下轮边驱动系统(DDW)车身调高的应用;(ii)一类具有常值输入和时变采样的连续线性系统的网络化输出跟踪控制问题及其在DDW速度跟踪的应用;(iii)一类具有传感器饱和和测量噪声的离散非线性系统的网络化模糊静态输出反馈控制问题。具体研究内容如下: (i) 同时考虑网络诱导时延和随机数据包丢失,通过引入两种不同的输入时延状态分别刻画比例和积分控制输入,利用状态增广方法建立带有两个输入时延的连续时间方程与脉冲时刻重置方程的随机脉冲时滞系统。针对该系统,构造包含不连续项以及两类时延和网络诱导时延上界信息的一个新颖 Lyapunov-Krasovskii 泛函(LKF),以线性矩阵不等式(LMI)形式给出具有较小保守性的系统指数均方稳定和H∞性能判据,并提出粒子群优化算法设计PI控制增益。搭建一个Zigbee环境下网络化PI控制模拟实验平台,利用该平台和Matlab Simulink,分别验证所提方法的可行性和有效性。 (ii) 利用传统的PI控制方法得到跟踪误差系统的稳态解,基于(i)中的结果,考虑时变采样和网络诱导时延,构建网络化PI控制器并利用状态增广方法得到带有两种输入时延的闭环跟踪误差系统模型。进而将输出跟踪问题转换为闭环系统的渐近稳定问题。利用不连续LKF方法得到时滞依赖的系统渐近稳定性判据。采用DDW系统为研究实例,以LMI形式给出网络化PI跟踪控制器的设计方法,并通过实验说明所提方法的有效性。 (iii) 受(i)和(ii)中PI控制转化为静态输出反馈控制思想启发,考虑实际系统中非线性特性、传感器饱和和测量噪声等影响,进一步研究一类离散非线性系统的网络化模糊静态输出反馈控制问题。将非线性NCS建模为具有类区间时延和非线性向量约束的异步离散时间Takagi-Sugeno模糊系统。引入基于状态增广方法的模糊LKF并运用矩阵凸不等式方法,得到一个使闭环系统满足给定H∞性能水平的区间时滞依赖有界实引理,运用锥补线性化方法给出模糊控制器的设计算法。通过一个倒立摆系统的网络化模糊控制仿真验证稳定性判据和控制设计方法的有效性。