基于随机时延过程的网络控制系统研究

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1、摘要随着计算机网络和通讯技术的飞速发展，控制系统逐步实现网络化和智能化，网络控制系统现在已经成为研究的热点之一。在控制系统中引入通信网络，对于控制系统的分析、设计方法提出了新的要求；一方面，在控制系统中引入通信网络后，人为地引入了对象本身以外的额外时延，额外时延的不确定性造成了控制系统建模和分析的困难，迫切需要研究新的控制系统分析和综合方法以适应网络控制系统的发展。另一方面，控制系统的实时性要求与有限的通信网络资源之间产生了矛盾。如何协调解决这个矛盾是网络控制系统工程应用的前提之一。本论文主要针对网络控制系统中的网络诱导时延进行分析和研

2、究。主要有以下几个方面的研究工作：(1)分析了网络中诱导时延产生的原因以及影响因素，分别搭建了闭环回路中具有固定时延和可变时延的对象模型，仿真试验证明网络传输中随机时延影响系统性能；(2)采用加入缓冲区方法，将回路中随机传输时延转变为确定性网络控制系统问题，给出了缓冲区设置的较理想的方法。利用最优控制的理论推导了确定性网络控制的最优状态反馈和最优输出反馈控制律，通过不稳定的倒立摆系统进行了验证：(3)研究了网络传输过程中，传输时延独立分布且小于一个采样周期时网络控制系统的有限时间最优控制问题和无限时间最优控制问题。通过对矩阵Riccat

3、i微分方程的离散化变换使之成为矩阵Riccati代数方程的形式，进行有限时间最优控制律求解；(4)目前为止，服从Markov特性的网络控制系统时延的研究很少。本文分析了控制器和传感器基于事件驱动方式的信息传输时序图，以及网络传输时延的Markov特性，研究了服从Markov特性的网络控制系统时延的随机最优反馈控制律和随机最优输出控制律。关键词：网络控制系统，随机时延，最优控制律，马尔克夫过程ResearchofNetworkedControlSystemBasedOllStochasticDelayProcessFengJian-zho

4、u(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyAssociateProf．YuZuo-junAbstractWitllrapiddevelopmentofthecomputernetworkandcommunicationtechnology,thecontrolsystemcomesintonetworkandintellectualizedstepbystep，andthenetworkedcontrolsystemhasbecomeoneoftheresearchhotspots．A

5、sthecommunicationnetworkisinducedintothecontrolsystem，newrequirementshasbroughtforwardforanalysisanddesignmethodsofthecontrolsystem：oneside，afterthecommunicationnetworkisinducedinto，theadditionaldelayisbroughtartificially．Theuncertaindelayresultsinlotsoftroubleformodelin

6、gandanalyzingthecontrolsystem．Sothenewmethodsonanalysesofthecontrolsystemshouldbestudiedurgently．Ontheotherside，thecontradictionappearsbetweentherequirementsonreal·timeofthecontrolsystemandthelimitedcommunicationnetworkresource．Itisoneofthepreconditionsforapplicationofth

7、enetworkedcontrolsystemengineeringtocoordinateandresolvethiscontradiction．Inthispaper,thenetwork-induceddelayinnetworkedcontrolsystemisanalyzedandstudiedmainly．Therearefollowingresearchwork：(1)Thereasontoappearanceofthenetwork·induceddelayandaffectingfactorsareanalyzed，a

8、ndthenthemodelswiththeconstantdelayandstochasticvariabledelayinclosedlooparefoundedrespectively；thestoc