基于网络的控制系统研究及应用

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1、摘要摘要网络控制系统(NCS)是指传感器、执行器以及控制单元通过通讯网络连接的系统。与传统的控制系统相比，NCS更加复杂，这样的系统可以减少布线从而降低成本，具有高的诊断能力，易于维护。广泛应用于飞行器及制造行业。本文研究了网络控制系统的控制与应用，主要内容如下：(1)研究了短时延网络控制系统的模型描述，证明了传感器节点为时间驱动，控制器节点和执行器节点为事件驱动的不确定时延网络控制系统可等效为一类具有参数不确定性的线性离散系统并可变换为状态方程的标准形式；利用保性能控制和线性矩阵不等式(LMIs)

2、方法，给出了此类网络控制系统渐近稳定的充分条件以及控制器的设计方法，研究了此类网络控制系统的鲁棒控制问题。(2)研究了多包传输网络控制系统(MNCS)的建模与控制。针对控制器节点和执行器节点为事件驱动，传感器节点为时间驱动且采用多包传输的网络控制系统，将传感器节点采用静态调度策略的建模为周期系统和不确定周期系统利用周期Lyapunov函数和LMIs方法，给出了周期网络控制系统和不确定周期网络控制系统的渐近稳定的充分条件以及控制器的设计方法，研究了周期和不确定周期网络控制系统的鲁棒控制问题。(3)研究

3、了长时延网络控制系统的建模问题。针对无静差控制系统模型，利用Lyapunov函数和LMIs方法，给出了闭环系统稳定的充分条件以及控制器的设计。在此基础上，针对系统的状态不完全可测的问题，引入了具有时延补偿功能的H滤波器，∞利用Lyapunov函数和LMIs方法，给出了H滤波器的设计方法。∞(4)以三容水箱为研究对象，通过编写程序验证了控制算法的有效性。关键词：网络控制系统，网络诱导时延，Lyapunov函数，线性矩阵不等式ⅠAbstractABSTRACTNetworkedcontrolsystem

4、saresystemswhosesensors,actuatorsandcontrolunitsareconnectedthroughcommunicationnetworks.Thistypeofsystemhastheadvantageofgreaterflexibilitywithrespectedtotraditionalcontrolsystems.Also,itallowsforreducedwiring,aswellasalowerinstallationcost.Italsoperm

5、itsgreateragilityindiagnosisandmaintenanceprocedures.Anditiswidelyusedinaircraftsormanufacturingplants.ThecontrolandapplicationoftheNetworkedControlSystems(NSCs)arestudiedinthisdissertation.Themainpartsareconcludedasfollow:(1)ThemodelsoftheNCSswithdela

6、yshorterthanonesampleperiodaregiven.TheNCSwithtime-drivensensornode,event-drivencontrollernodeandactuatornodeanduncertaindelayisprovedtobemodeledasaclassofuncertaindiscretelinearsystem,also,canbechangedtostandardform.BasedontheGuaranteedCostcontrolandt

7、heLinearMatrixinequalities(LMIs),thesufficientconditionfortheNCSwhichissubjecttotheasymptoticstabilityandrobustperformancearederived.Thedesignapproachofthecontrollerisgiven.(2)Supposingthecontrollernodeandtheactuatornodeiseventdriven,thesensornodeistim

8、edrivenandusesmulti-packetstransfer;themodeloftheMulti-packets-transferNCSisgiven.Onconditionthatthesensornodeusingstaticschedulingstrategy;usingLyapunovfunctionandLMIs,thesufficientconditionfortheperiodicanduncertainperiodicNCSwhichiss