具有丢包的短时延网络控制系统的观测器控制

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1、具有丢包的短时延网络控制系统的观测器控制：本文将具有丢包的短时延X络系统看成是被控对象输入矩阵和控制器对象输入矩阵分别切换的问题，进而将X络控制系统看成是由矩阵切换决定的切换律未知的切换系统，将丢包等效为切换系统中子系统之间的切换。采用李雅普诺夫函数方法，设计了基于观测器的状态反馈控制器。利用线性矩阵不等式的可行解给出了计算状态观测器和控制器参数的方法。最后通过仿真算例验证了该方法的有效性。　　关键词：X络控制系统短时延确定性丢包状态观测器线性矩阵不等式　　：TP273：A：1007-9416（2011）04-0000-00　　　　1、引言　　X络控制系统

2、NCS(Net)，是指将传感器、执行器和控制单元作为X络节点连接起来，通过计算机X络和总线形成闭环控制回路，共同完成控制任务的反馈控制系统。和传统的控制系统相比，X络控制系统避免了彼此间专线的敷设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，提高系统的诊断能力、方便安装与维护，并能有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性和可靠性。因此越来越受到人们的关注。　　X络时延和丢包是造成系统性能下降的主要因素，文献[1]-[6]考虑了短时延系统的状态反馈、输出反馈和状态观测器反馈控制，以及具有丢包系统的状态反馈控制。　　本文采用伯努利随机变量来描述数据报的丢失，对同时

3、存在测量数据和控制数据丢失的短时延X络控制系统，采用矩阵不等式的方法给出了动态输出反馈控制器存在的充分条件，所设计的控制器使得闭环系统在均方意义下使得闭环系统指数稳定。　　　　2、系统模型　　系统结构和功能一定时，X络负载是一定的。在此情况下，一个存在数据包丢失的X络可以视为按一定速率切换的开关。存在数据包丢失的NCS结构图如图1所示。其中和分别为执行器的输入和传感器的检测输出，和分别是控制器的输入和输出。传感器和控制器之间的X络视为开关，控制器与执行器之间的X络视为开关。当数据包通过X络传输视为开关接通，开关的输出等于输入；数据包丢失视为X络断开，开关的

4、输出保持之前的值。　　对该系统进行如下假设：传感器采用时钟驱动，执行器和控制器采用事件驱动；数据包单包传输且无时序错乱；X络诱导时延随机，小于一个采样周期；X络数据丢包率一定。　　设被控对象模型及其离散状态方程为为：　　（1）　　其中，，，分别表示系统状态、控制输入与系统输出。A、B、C为对性的适当维数的矩阵。其中，，。[1]　　由于许多实际系统的状态量通常是不完全可测的，能够获得的信息为对象的输出，即，则可以在对象的输出端构造一个观测器，其结构为：　　状态反馈控制率的方程为：（3）　　此时的误差方程为：（4）　　考虑到两个数据通道丢包的影响，控制器和执行

5、器采用的信号分别为：　　（5）　　其中。当，表示从传感器到控制器X络无丢包；，表示从传感器到控制器X络传输的数据发生了丢包。控制器到执行器的X络与此类似。　　由式（1）-（4），定义增广矩阵，则可以得到闭环系统：　　（6）　　3、稳定性分析　　【引理1】异步动态系统，各事件发生的概率分别为，且。如果存在Lyapunov函数和标量满足，，则此异步动态系统是指数稳定的。　　【引理2】给定常数矩阵A，P和Q，其中，则成立，当且仅当或。　　【引理3】设为具有适当维数的实矩阵，其中满足，].北京:科学出版社,2007.　　[4]张庆灵,邱占芝.X络控制系统[M].北

6、京:科学出版社,2007.　　[6]姚秀明,李清华等.基于状态观测器的X络化控制系统的H∞控制分析[J].兵工学报,2008,29(7):870-876.　　[7]宗群,王鹤.基于观测器的丢包X络控制系统控制器设计[J].系统工程与电子技术,2007,29(2):259-261,307.　　[8]俞立.鲁棒控制——矩阵不等式处理方法[M].北京:清华大学出版社,2002.