具有输入时滞的网络控制系统的稳定性与镇定的研究

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网络控制系统(Networked Control System, NCS)是将信息数据在网络通道中传输而形成闭环回路的控制系统。由于该控制系统与网络相连,所以相对于点对点连线的传统控制系统而言,NCS的框架具有灵活性,可以共享资源,成本比较低,易于安装和维护等优势。虽然引入网络带来了一些优势,但是避免不了暴露的一些问题。例如,网络中普遍存在的网络时延,数据包丢失,时变采样,以及通信受限等。由于这些问题的存在,会使系统的性能下降,甚至造成系统的不稳定。本文主要针对NCS的短时延问题来进行研究,通过两种思路进行分析。第一种思路是将该系统看成是线性来进行考虑;第二种思路是在线性系统的基础上,通过Takagi-Sugeno (T-S)模糊模型来分析,用一些简单的子线性系统的加权和来表示一个非线性系统。短时延是指一个采样周期大于一个或多个网络诱导时延,并且下一个采样点会在传输间隔内,本文以这种采样点为切换点,分别构造两个不同的Lyapunov泛函对其分析,但是这两个Lyapunov泛函存在耦合性。对于耦合性问题,本文通过脉冲效应来判断。对于时延问题,考虑传输时延和输入时延的范围,再根据凸性的问题,分别对其最大值和最小值进行分析。最后结合线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)来判断系统的稳定性。在稳定性分析中充分利用Jensen不等式,适当的放缩方法,自由权矩阵不等式,Schur补引理等;对于镇定分析,控制器是可变的,在稳定性的基础上,通过Schur补引理将非线性矩阵不等式转化成LMI,最后使用参数调节因子法获取控制增益。第一章和第二章介绍了NCS的研究意义,国内外研究现状以及一些本文涉及到的知识点。在第三章中,基于输入时滞方法以及非连续的Lyapunov泛函方法来获得具有时变传输时延和间隔的线性NCS的稳定性准则。额外还考虑传输时延的演化过程。通过输入时滞的潜在部分来描述累加的传输时延,从而把输入时滞的脉冲效应充分的显示出来。适当的考虑输入时滞和反馈信号的脉冲效应,以及考虑输入时滞的时间的导数,提出新的非连续的Lyapunov泛函,从而在新的稳定性准则下减少系统的保守性。并与现有的结果比较来验证了方法的优越性。在第四章中,基于T-S模糊模型以及输入时滞的脉冲方法来分析具有传输时延和传输间隔的非线性NCS。首先获得基于T-S模糊模型下的非线性NCS的稳定性的充分条件,在此基础上分析模糊控制器,之后通过参数调节因子法获取模糊控制增益。最后以非线性弹簧质点系统为实例验证了所提出的方法的有效性。
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