网络控制系统的markov建模、设计与分析

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1、摘要随着计算机网络技术的普及、网络功能的强大以及网络性能的日益完善，基于高速通信网络的控制系统，即网络化控制系统的研究正在迅速成为当前国际控制领域的一个前沿课题，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。所谓网络化控制系统就是指通过计算机网络和总线将传感器、执行器和控制器单元作为网络节点连接起来共同完成控制任务的闭环反馈控制系统。区别于传统的控制系统，网络控制系统的突出特点是网络通讯成为控制系统的～个重要环节，由于网络传输时延的不确定性及时变性，加上传输数据出错和丢失等现象，使系统不再具有定常性、完备性和确定性，同时事件驱动和时间驱动并

2、存，使得对网络控制系统的研究需要全新的视角和更多的理论支持，这对控制理论的研究提出了新的挑战和发展机遇。本文系统的分析了网络控制系统的特性，网络的随机时延特性及网络数据包丢失特性等，分析了这些特性对系统控制性能的影响，提出了新的设计方法，解决了网络诱导时延、数据包丢失等现象给控制系统带来的稳定性和鲁棒性问题。首先针对网络诱导时延，分别考虑了时延小于一个采样周期(可以称为短时延)和时延大于一个采样周期(即长时延)的网络控制系统的设计问题。根据网络诱导时延的Markov特性，建立了网络控制系统的Markov跳变模型，根据线性跳变理论分

3、析了系统的稳定性，给出了状态反馈控制器及输出反馈控制器设计方法。进一步，对于时延小于一个采样周期且系统存在外部噪声干扰情况下的网络控制系统，提出了H。鲁捧控制器的设计方法，给出了系统鲁棒稳定的条件。通过仿真实例验证了每一种方法的有效性。其次，由于在网络控制系统中，网络数据包的丢失能够降低系统的性能，甚至使系统不稳定，对系统的影响也是一个不容忽视的问题。所以本文针对同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统，提出了新的建模方法，根据数据包丢失时更新控制器的信息的不同，给出了两种不同的问题解决方案：一是采用上一时刻最新到达的数据信

4、息来更新控制器信息；另一种是设计包丢失补偿器，采用补偿器信息来更新控制器信息。在燕山大学工学硕士学位论文问题的分析中，将网络时延的不确定性转化为系统参数的不确定性，考虑包丢失的Markov性，建立了2状态Markov包丢失模型，根据系统线性跳变理论分别给出了闭环系统的稳定性条件。仿真实例验证了结论的正确性。关键词网络控制系统；网络诱导时延；网络数据包丢失；Markov性；线性跳变理论ⅡAbstractWiththerapiddevelopment，popularizationandincreasinglyperfectofthec

5、omputernetworkstechnology,thecontrolsystembasedonthehighspeedcommunicationnetwork,whichisSOcallednetworkedcontrolsystem(Ncs)，hasbecomeoneofthehotresearchtaskincurrentimerrmtionalcontroIfield．TheresearchonNCShasimportanttheoreticalmeaningsandalsoNCShasextensiveapplicat

6、ionprospects．TheNCSisafeedbackcontrolsystemwhereinthesensors、actuatorsandcontrollersasthenetworknodesconnectedthroughthecomputernetworkorfieldbustoaccomplishthecontroltasks．Differentfromthetraditionalcontrolsystems，thedistinctcharacteristicofNCSisthatthenetworkcommuni

7、cationisoneoftheimportantpartsofthecontrolsystem．Becauseofthenetwork-inducedtimedelaywhichisoftenuncertainandtime—varying，andthetransmitteddataerrorordatadropout，theNCSisnolongeraconstant，maturityandcertainty．Alsobecauseoftheevent—drivenandtime-drivencoexistedinNCS．SO

8、itisrequirednewviewsandmoresustainingtheoriestothestudyonNCS，whichbringsforwardnewlychallengeanddevelopmentopportunitytothei