基于切换串级系统方法的网络化串级控制系统的输出跟踪控制

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计算机技术、微电子技术以及网络通信技术的不断发展,促进了控制系统在单元部件、体系结构和控制技术方法的一系列变革,使得系统朝着网络化的方向发展。通过共享通信网络来交换执行器、控制器、估计器和传感器等多个节点之间信息的网络化控制系统具有减少系统布线、易于扩展和维护、共享信息资源、增加系统的可靠性和灵活性等诸多优点。网络化控制系统形成控制与信息一体化的分布式全开放网络,符合计算机、网络和控制技术融合的潮流,是逻辑发展的必然。另一方面,串级控制系统在处理被控对象滞后,扰动剧烈变化时的作用十分突出。串级控制系统是通过两个闭环回路协调工作达到控制的效果。同时,串级控制系统对进入内回路的扰动具有很强的克服能力,减小了被控对象的时间参数,进而提高了系统的响应速度。本文基于切换串级控制系统的方法研究具有网络诱导延时和丢包的网络化串级控制系统的镇定、控制及输出跟踪控制问题。包括以下几方面工作:首先,针对具有短延时的网络化串级控制系统,利用网络诱导延时的分布特性,将系统建模成切换串级控制系统,从而避免了指数时变项的问题。采用平均驻留时间技术和切换系统理论给出内/外双闭环的状态反馈控制器的共同设计方法,使系统指数镇定的同时具有加权H∞性能。通过仿真验证理论结果的有效性和可行性。其次,在实际的网络中,延时往往会出现大于一个采样周期的情形,因此本文分别对于可能出现的短延时与长延时的情况,研究网络化串级控制系统的加权与非加权的H∞输出跟踪性能。对于具有短延时的网络化串级控制系统,在平均驻留时间切换信号作用下,给出了系统H∞输出跟踪问题可解的充分条件。此外,将结果推广到长延时的情况。结合串级结构的优势,共同设计内/外环控制器和切换律,使系统满足H∞输出跟踪性能。最后,两个仿真例示说明了理论方法的可行性和有效性。最后,对于网络化串级控制系统同时具有丢包和延时的新特点,给出该类网络化串级控制系统的一类切换串级控制系统模型,把积分引入外环控制器,采用基于模态的平均驻留时间技术,给出了带有非零干扰的网络化串级控制系统既可以实现无差常值跟踪的控制器和切换律共同设计的条件。涡轴发动机的仿真结果验证了理论方法的有效性和可行性。
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