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1、不确定网络控制系统的鲁棒容错控制的研究南京理工大学硕士学位论文不确定网络控制系统的鲁棒容错控制研究姓名:张孟雷申请学位级别:硕士专业:控制理论与控制工程指导教师:周川200906081硕士论文不确定网络控制系统的鲁棒容错控制研究摘要网络控制系统是以通讯网络代替传统的点对点连接而构成的闭环控制系统。本文主要针对网络控制系统存在时延、数据丢包和外界扰动等不确定因素,在执行器或传感器失效故障情况下,进行了网络控制系统鲁棒容错控制问题的研究。本文主要工作如下:基于稳定性分析和以控制理论,针对无外界扰动和有外界扰动两种情况,研究了具有时延不确定的网络控制系统的鲁棒
2、容错控制问题。采用无记忆状态反馈控制器,给出了系统在执行器或传感器失效故障情况下仍然保持渐近稳定的充分条件,以及控制器的设计方法,由仿真结果验证了方法的有效性。考虑数据丢包和时延不确定同时存在的情况,将网络控制系统建模为具有事件率约束的异步动态系统。分别考虑了单边网络和双边网络两种情况,研究了存在数据丢包的时延不确定网络控制系统的鲁棒容错控制问题。给出了系统在执行器或传感器失效故障情况下保持渐近稳定的充分条件,采用线性矩阵不等式组给出了控制器的设计方法,并通过仿真结果验证了容错控制方法的有效性。分别考虑无外界扰动和有外界扰动两种情况,研究了时延不确定网络
3、控制系统的鲁棒保成本容错控制问题。给出了系统在执行器或传感器失效故障情况下满足一定成本函数且保持渐近稳定的充分条件,通过线性矩阵不等式组给出了状态反馈控制器的设计方法,并且满足成本函数值不超过某个确定的上界,仿真结果验证了鲁棒保成本容错控制方法的有效性。关键词:网络控制系统,容错控制,时延不确定,数据丢包,保成本,线性矩阵不等式2硕士论文...?.,.嬲:玩.弘...,.,,...,..’】.:觚,臼,,’Ⅱ3声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他入已经发表或公布过的研究成果,也不
4、包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名:兰垒重吖年‘月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。研究生签名:.型堕盎卅年歹月日4硕士论文不确定网络控制系统的鲁棒容错控制研究绪论.课题的背景和意义随着控制系统规模日益扩大,控制科学、计算机网络以及通信技术的不断发展和交叉渗透
5、,控制系统结构变得越来越复杂化、分布化,对于控制系统性能的要求也越来越高,产生了现在的网络控制系统。通过通讯网络代替传统的点对点连接方式构成的闭环控制系统,我们称之为网络控制系统,简记为。相对传统的点对点式的控制系统,网络控制系统有:成本低、安装维护简便、系统灵活性高、便于进行故障诊断等优点。网络控制系统兼具网络和控制的特点,既是计算机和网络技术向控制领域的延伸和发展,又体现了控制系统向网络化的发展趋势。既给控制科学的发展带来了新的挑战和机遇,同时推广了通信网络的应用。因此对于网络控制系统的研究不仅具有一定的理论意义,更具有广阔的应用价值。由于网络控制系
6、统规模不断扩大,复杂性日益提高以及控制系统在现实应用中重要性的增强,使得人们对于网络控制系统的可靠性、安全性和可维护性更加重视,加之无法避免的执行器和传感器等元部件发生故障,系统常常会失去所期望的动静态特性乃至失稳,如果某些故障,即使是很小的故障不能及时发现并排除,就可能给生产和生活带来不可估量的损失。因此,使网络控制系统具有容错能力是现代网络控制系统的必然要求。此外,控制系统中的一些不确定性也是影响系统稳定的重要因素,尤其在网络控制系统中,不确定性的概念除了模型不确定性以及外界干扰等不确定性因素外还包含一些网络特性,如网络诱导时延,数据丢包,通讯约束等
7、。同时在工程实际中,网络控制系统中通常包括大量不确定的动态交叉元素,而这些不确定元素有常常难以模型化,往往成为系统不稳定和系统性能变差的根源,因此在网络控制系统的分析和综合中需要考虑这些不确定的因素对系统的影响。综上所述,对于网络控制系统的容错控制研究不仅具有重要的科学意义,而且对于提高复杂网络控制系统的安全性、可靠性也有重要的实际工程意义。.网络控制系统的基本问题网络控制系统通过共享网络资源给控制系统带来了各种优点的同时,也给系统控制带来了许多新的问题。将通讯网络引入控制系统,由于网络自身的特点,比如网络诱导时延、数据包丢失、通讯约束等,使得系统稳定性
8、变差,影响系统的性能,使得对系统的分析变得更加复杂。对网络控制系统进行容错控制研
