网络控制系统的分析建模与控制研究

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1、华中科技大学博士学位论文摘要随着计算机网络技术、嵌入式系统的发展成熟，加之低廉的硬件价格，使得基于网络环境的自动化控制系统成为一种的新的应用趋势；在远程控制和复杂控制系统的客观需求下，网络控制系统的分析与综合迅速成为当前控制理论的研究热点之一；本文基于鲁棒控制理论、随机控制理论，切换系统理论、时滞系统理论、以及线性矩阵不等式方法，对线性系统、不确定系统、非线性系统的网络化控制问题、以及网络控制系统的实际应用进行了深入地研究，主要包括以下内容：对当前网络控制系统的发展以及国内外研究进展进行了概述，对网络控制系统的研究方法

2、进行了详细的综合分析和总结；为了对网络控制系统的建模、设计提供有理的依据，本文对几种网络媒介的传输特性、网络延时特性进行了分析和总结；测试了Internet的通信延时，提出了基于支持向量机（SVM）的网络延时预测方法，对于基于Internet网络控制系统的研究具有重要的指导意义。针对一类由于节点间的竞争而导致访问滞后的网络化控制系统，本文通过等价变换，将网络控制系统建模为时滞系统，然后采用时滞系统的最新研究方法－奇异系统方法－来研究，得出了网络控制系统渐近稳定且时滞相关的充分条件。该结论具有较小的保守性，能够应用于网络

3、控制系统的工程设计。针对一类具有长随机时滞特性的网络化线性控制系统，分别对状态反馈和输出反馈的情况，提出了基于对象模型的多步预测实现时滞补偿控制的策略；并分析了采用时滞补偿策略网络控制系统的稳定性，得出了保证网络控制系统稳定的充分条件。进一步，将该时滞补偿策略推广到不确定系统的网络化控制中，基于鲁棒控制理论和线性矩阵不等式方法导出了其稳定充分条件。研究了一类多包传输网络控制系统的建模与稳定问题；根据现场总线网络的传输特性，提出了一种合适的建模和设计方法，即：传感器节点和控制器节点以时间驱动方式工作，将多包传输网络控制系

4、统建模为切换控制系统，最后分析了其稳定性，得出了渐近稳定的充分条件。I华中科技大学博士学位论文针对一类单输入-单输出仿射非线性系统，首先通过微分同胚变换实现了仿射非线性系统的无反馈精确线性化；然后基于精确化线性模型，分别讨论网络延时为常时滞，随机时滞小于一个采样周期和随机长时滞情况的控制问题。通过一个具体的实例，给出了其设计方法与步骤。研究了基于Internet的网络控制系统的实现、控制问题。基于Socket通信技术，采用LabWindows/CVI8.0开发了Internet环境下的液位过程控制系统。利用该网络控制系

5、统实验平台，实现了校园网环境下液位过程控制系统的实时控制；采用时滞补偿策略，实现了Internet（广域网）环境下的液位过程控制系统。最后对全文进行了总结，指出了下一步需要研究的工作，对网络控制系统的未来进行了展望。关键词：网络控制系统(NCS),切换控制,稳定性,时滞补偿控制,支持向量机,多包传输,液位过程控制II华中科技大学博士学位论文AbstractAsthedevelopmentofnetworktechnologyandembeddedsystem,togetherwithlow-costhardware,t

6、henetworkbasedautomaticcontrolsystemarebecominganewapplicationtrend.Drivenbytheexternalrequirementofremotecontrolandcomplexcontrolsystem,theanalysisandsynthesisofnetworkedcontrolsystembecomesoneofhotresearchfieldsofcontroltheory.Thenetworkedcontroloflinearsystem

7、,uncertainsystemandnonlinearsystemandtheirapplicationsarethroughlystudiedinthisthesisbyapplyingtherobustcontroltheory,stochasticcontroltheory,switchedcontroltheory,time-delaysystemtheory,andthemethodoflinearmatrixinequality.Themaincontentsareasfollows:Thedevelop

8、mentandcurrentevolvementofnetworkedcontrolsystemaresummarized,andtheresearchmethodsofNCSaresyntheticallyanalyzedandsummarized.InordertomakethemodelinganddesignofNCSmo