网络控制系统的调度与保性能控制器设计

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文网络控制系统的调度与保性能控制器设计学位申请人：卢开红学科专业：控制科学与工程指导教师：朱其新副指导教师：张永贤答辩日期：华东交通大学2015届硕士学位论文网络控制系统的调度与保性能控制器设计电气与电子工程学院卢开红网络控制系统的调度与保性能控

2、制器设计摘要通过实时网络形成的闭环反馈控制系统被称为网络控制系统（NetworkedControlSystem，简称NCS），它融合了计算机、通信、网络和控制等多项技术。相对传统的点到点的连接方式来说，网络控制系统具有连线少、信息资源能共享和易于维护等优点。然而,在复杂的网络传输环境下，将不可避免地发生网络诱导时延、丢包、错序以及执行器与传感器故障，这将给网络控制系统的性能带来消极影响，甚至导致系统不稳定。因而，NCS成为了广大学者们研究和探讨的一个热点问题。本文着重研究了其在网络环境下的调度与保性能控制器设计

3、问题，主要工作概括如下：（1）研究了具有时变时延和丢包等不确定性动态网络因素的网络控制系统的稳定性问题。时变时延被建模成一类对系统具有不确定性影响的时变参数，并用一类服从Bernoulli分布的事件来描述网络传输中的丢包事件。当系统状态完全可测时，在保证系统指数稳定的条件下，采用线性矩阵不等式（LMI）原理，设计了一类状态反馈控制器；同时，在系统状态不完全可测的情况下，通过增广系统状态与估计误差，设计了基于观测器补偿的状态反馈控制器使得系统呈指数稳定。最后通过仿真实验对该策略的可行性和有效性进行了验证。（2）提

4、出了具有双故障的网络控制系统的建模与保性能控制器设计的方法。首先，在考虑执行器可能失效的情况下，研究了一类带有不确定参数的网络控制系统的鲁棒保性能控制问题。其次，在考虑传感器和执行器故障同时发生的情况下，建立了双故障网络控制系统模型。并基于时滞分段法和Lyapunov稳定性理论,在保证综合性能指标满足要求的条件下，提出了使闭环网络控制系统在双故障条件下渐近稳定的保性能控制策略。最后通过仿真实验对该策略的可行性和有效性进行了验证。（3）针对网络具备高频率冲突和有限的带宽、节点能量的特点,提出了通过切换开关实现的基

5、于模型预测误差的调度策略。一方面，将NCS建模为一类连续时间模型，并将切换开关安置在传感器端以降低整个反馈网络中的数据冲突；另一方面，NCS被建模为一类离散时间模型，且将实现调度策略的切换开关安置在控制器端以降低网络中后向通道的数据冲突，并节约了执行器节点能量。并结合Lyapunov理论和LMI方法推导了此类系统的保性能控制率。最后通过仿真实验对该策略的可行性和有效性进行了验证。（4）将网络化建模与保性能控制器设计的方法推广到被控对象为分布参数的系统中，在考虑网络传输时延、数据丢包和不确定参数的情况下，提出了具

6、有空间特性的分布参数网络控制系统的建模方法。结合Lyapunov-Krasovskii函数与加权技术，推导了分布参数NCS的初始状态落在Banach空间时的保性能存在条件。并采用LMI方法，给出了保性能控制器的设计方法。最后通过仿真实验对该策略的可行性和有效性进行了验证。关键词：网络控制系统，时延，调度，保性能控制，双故障，分布参数，Lyapunov理论，LMI方法。AbstractSCHEDULEPOLICYANDGUARANTEEDCOSTCONTROLLERDESIGNFORNETWORKEDCONTRO

7、LSYSTEMABSTRACTFeedbackcontrolsysteminwhichthecontrolloopsareclosedthroughareal-timenetworkiscallednetworkedcontrolsystem(NCS),whichconsistingofmanytechnologiessuchascomputer,communication,networkandcontrol.Comparingwiththetraditionalpoint-to-pointconnection

8、,NCShasmanyadvantagessuchaslessconnectingwires,sharingthesourcesonline,easilymaintainedandexpanded.However,forthecomplextransmission,thereexistsinduceddelay,datapacketlosssequencedisorderinganda