不确定时延网络控制系统的控制方法研究

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1、分类号：TP273单位代码：10433密级：学号：Y0905151山东理工大学硕士学位论文不确定时延网络控制系统的控制方法研究Thestudyofcontrolmethodsfornetworkedcontrolsystemswithtime-delayanduncertainty研究生：郑金海指导教师：谢楠（副教授）申请学位门类级别：工学硕士学科专业名称：计算机应用技术研究方向：计算机测控技术论文完成日期：2012年4月10日万方数据万方数据山东理工大学硕士学位论文中文摘要摘要网络控制系统（NetworkedCont

2、rolSystem，NCS）是一个利用实时网络构建的闭环反馈控制系统。相对于传统的点对点式的控制系统，网络控制系统具有较少的连线，低成本，可以共享资源，以及易于安装和维护等优点。但是，在引入网络带来许多优势的同时，由于网络本身带宽的限制，以及由于网络运行状况而引起的数据包丢失、时序错乱等问题，再加上网络环境下难免会出现的时间延迟问题，都给传统的控制理论带来了新的挑战。因此，有必要对现有的控制理论和控制方法进行适当地改进，以适应网络环境中控制系统的正常运行。而且，在日常生产和生活中，网络控制系统己经在设备制造、交通运输、

3、远程视频医疗，以及国防军工和航空航天等领域得到了日益广泛的应用。本文将网络控制系统的被控对象描述为一类具有定常状态时延的线性时不变系统，带有参数不确定性，并针对实际的网络运行状况，适当地加入了网络诱导时延、丢包和数据包乱序以及外部干扰等因素的影响，使得模型更加地贴近现实。对建立的控制模型，研究其鲁棒控制、保性能控制、容错控制和鲁棒H控制等控制方法，通过利用Lyapunov稳定性理论，借助于线性矩阵不等式（LMI）方法，得到了系统满足渐近稳定和保证一定性能指标的充分条件，基于状态反馈控制策略，相应给出了具有较小保守性的

4、控制律的设计方法。本文研究的主要内容如下：（1）网络控制系统的鲁棒控制问题。基于建立的被控对象的模型，利用Lyapunov稳定性理论证明系统鲁棒稳定的充分条件，同时利用线性矩阵不等式（LMI）方法，给出一种鲁棒稳定控制律的设计方法。（2）网络控制系统的鲁棒保性能控制问题。在系统满足渐近稳定的前提下，研究了如何设计系统的保性能控制器的问题。基于根据系统模型提出的性能指标，通过选取合适的Lyapunov函数，利用Lyapunov稳定性理论和LMI方法，得到了使系统满足一定性能指标的保性能控制律。（3）网络控制系统的容错控制

5、问题。针对执行器可能发生故障而失效的情况，进一步改进系统模型，利用Lyapunov稳定性理论和LMI方法，通过引入故障矩阵，基于状态反馈控制策略，推导出了系统仍保持渐近稳定性以及满足一定控制性能指标的充分条件，并得到了一种求取最优保性能控制律的设计方法。I万方数据山东理工大学硕士学位论文中文摘要（4）网络控制系统的鲁棒H控制问题。在已有模型的基础上，针对存在有限能量外部干扰的情况，首先利用Lyapunov稳定性理论和LMI方法，证明了系统满足鲁棒渐近稳定的充分条件，然后利用该条件给出了一种设计H鲁棒控制器的方法。关

6、键词：网络控制系统（NCS）；鲁棒控制；保性能控制；容错控制；H控制；线性矩阵不等式（LMI）II万方数据山东理工大学硕士学位论文英文摘要AbstractThenetworkedcontrolsystem(NCS)isakindofclosed-loopfeedbackcontrolsystem,whichisbuiltbyuseofareal-timenetworking.Comparedtotraditionalpoint-to-pointcontrolsystem,thenetworkcontrolsystem

7、hasfewerconnections,low-cost,sharedresources,aswellaseaseofinstallationandmaintenanceadvantages.However,whiletheintroductionofthenetworkoffersmanyadvantages,duetothebandwidthlimitationsofthenetworkitself,aswellasthepacketloss,timingdisorderandotherissuescausedby

8、thenetworkrunningstate,coupledwiththetimedelaynetworkingenvironment,therewillinevitablybenewchallengesbroughtintothetraditionalcontroltheory.Therefore,itisnecessaryto