具有时延和数据丢包的网络化控制系统的分析与设计

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1、西安电子科技大学硕士学位论文具有时延和数据丢包的网络化控制系统的分析与设计姓名：赵尊旺申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：李俊民20090101摘要随着计算机网络技术的迅速发展及控制规模的日益扩大，通过网络传输信息的控制系统的研究越来越为人们所重视。我们把通过实时的通讯网络构成闭环控制的反馈控制系统称为网络控制系统。与传统的点对点控制系统相比，网络控制系统具有布线少、低成本及诊断维护方便等特点。然而，由通信网络的引入而带来的网络诱导时延、丢包、单包和多包传输等问题使系统的分析和设计变得复杂。本文主要针对网络控制系

2、统中时延和丢包两个基本问题进行了相关研究，主要工作如下：(1)在同时考虑网络时延和数据包丢失的基础上，研究了网络控制系统的状态反馈控制器设计问题。将网络化控制系统建模为异步动态切换系统，构造李亚普诺夫函数，利用线性矩阵不等式理论推导出由数据包丢失率约束的系统时滞相关指数稳定的充分条件。(2)在同时考虑网络时延和数据包丢失的基础上，将数据丢包看成一种特殊的时延，利用动态反馈控制器设计提高系统的动态性能，得到了总时延(包括传感器与控制器之问的时延，控制器与执行器之间的时延)的表达式，建立了不确定网络控制系统模型。基于Lya

3、punov函数理论，构造了线性矩阵不等式，推导出不确定网络控制系统稳定的充分条件。关键词：网络控制系统时延丢包线性矩阵不等式异步动态切换系统AbstractWiththerapiddevelopmentofthecomputernetworkstechnologyandtheincreasingdimensionofcontrolproblem，feedbackcontrolsystemsconnectedviaaserialcommunicationchannel，whicharecallednetworkedcon

4、trolsystems洲cs)。hasobtainedmoreandmoreattentionincontrolcommunity．Comparedwithconventionalpoint-to。pointcontrolsystems，theadvantagesofNCSarelesswiring，lowerinstallcostaswellasgreateragilityindiagnosisandmaintenance．However,theintroducingcommunicationnetworksinto

5、thecontrolloopsmakestheanalysisanddesignofNCScomplicated，duetorandomnetwork—induceddelays，datapacketdropoutsaswellassingle—packetormultiple—packettransmission．Thekeyissuesofnetwork—induceddelaysanddatapacketdropoutsinthenetworkedcontrolsystemsarestudiedinthisthe

6、sis．MainachievementsarelistedasfollowsFirstly,thefeedbackcontrollerisdesignedfornetworkedcontrolsystemswithbothtime·delayanddatapacketdropout．NCSismodeledasanasynchronousdynamical—switchedsystems，byusingLyapunovfunctionandLMItoolboxinMatlab，wecarldeterminethedel

7、ay-dependentexponentialstabilityofanNCSconstrainedbypacketdropoutrates．Secondly,studythestabilityoftheuncertainnetworkedcontrolsystemswithnetworkinduceddelaysanddatapacketdropoutbyconsideringapacketdropoutasaspecialkindofdelay．Adynamicfeedbackcontrollerwasintrod

8、ucedtostabilizetheNCSandimprovetheirdynamicperformance，theexpressionoftotalnetwork．induceddelayincludingthesensor—to—controllerdelayandthecontroller-to．actuatordelayi