基于以太网的工业网络控制系统的可控性与稳定性的研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要／由于计算机网络与数字通信网络在全世界范围内的迅速交叉发展，它们的影响目益深入到社会的各个方面，也使得传统的工业控制系统的结构发生了很大变化。自上个世纪末，在反馈回路中使用计算机网络的工业网络控制系统愈来愈多地出现在工业生产的各个方面。以太网(Ethernet)是最早也是国内现今最普遍被采用的计算机网络。因此，研究基于以太网的工业网络控制系统的特征以及解决与此相关的一些特殊问题，将对进一步推动国民经济的发展有重要意义，并引起了许多中外研究学者的关注。，j’本文介绍了工业计算机网络和工业网络控制系统的特性

2、、应用和发展，论述了适应于实时控制环境下的以太网的结构特点和工作原理，提出了在工业网络控制系统中的传输延迟影响问题，并在现代控制理论的基础上着重研究具有网络引起的延迟时的工业网络控制系统的模型、状态可控性和鲁棒稳定性的问题。，众所周知，状态可控性测试是一个重要的用来确定各种控制系统实现的可用性测试。本文介绍了有关控制系统状态可控性的基本性质，并提出了利用状态变量变换的方法，引进准状态以表示状态空间的延时部分，将具有延时的原系统变换成一个离散的和连续时间的混合系统，导出了具有状态延迟和控制延迟时的网络控制系统的状态可控性是可以利

3、用标准的状态可控性的判据进行检测的简便方法。文中还以一个数字实例表明了所提方法的应用性。，，本文还对工业网络控制系统在具有系统参数不定性和控制延迟时的鲁棒稳定性进行了分析研究。，由于当今世界中的许多系统，如电力系统、通信系统、汽车、飞机、航天工业制造系统、乃至社会系统和经济系统都具有系统参数的不确定性，其来源在于不可避免的近似、数据误差和系统老化等，并且在工业网络控制系统中，由网络引起的第l页山东大学硕士学位论文控制延迟都将使系统的控制设计得不到满意的性能指标，尤其是不能保证闭环系统的稳定性。因此，本文在介绍控制系统的鲁棒稳定

4、性和李雅普诺夫稳定性判别方法之后，提出了对一类具有参数不定性的工业网络控制系统在考虑由网络引起控制延迟情况下的鲁棒控制器设计。这里，系统参数不定性认为是未知的但是受范数约束的。在应用李雅普诺夫第二法的基础上，利用线性矩阵不等式(LMI)方法导出了新的与延迟有关的鲁棒稳定性充分条件，后一方法已成为当今用于研究控制系统中发生的各种问题和控制理论问题的有力工具。文中由此还提出了线性无记忆状态反馈控制器的设计，用以保持所研究的该类系统的鲁棒稳定性。本文得到的与延迟大小有关的稳定性条件与一些学者所得到的与延迟无关的结果相比一般较少保守性

5、，而且本文所提出的控制算法不需要参数调整或者只需要每个不等式调整一个参数，因此应用起来更方便实用。大家知道电力系统的负荷是不恒定的，因此负荷一频率控制在电力系统的设计和运行中对于保证充分和可靠的高质量电力供应是很重要的。本文以在不定电力系统中利用计算机网络控制配线的鲁棒负荷．频率控制器设计作为模拟实例，并利用最新的LMILAB软件进行计算，所得的仿真结果说明了本文所提出的方法的有效性。、。关键词：工业网络控制系统以太网可控性稳定性～一一一～第1页山东大学硕士学位论文ABSTRACTDuetotherapidCROSSdevel

6、opmentofthecomputernetworksandthedigitalcommunicationnetworksintheworld，theirinfluencedeeplypenetratesinthevariousaspectsofthesocietyfromdaytoday，thetraditionalconstructionsofindustrialcontrolsystemsundergoagreatchange．Sincetheendofthelastcentury，theindustrialnetwor

7、kedcontrolsystemswhichusethecomputernetworkinthefeedbackloopmoreandmoreappearinthedifferentfieldsofindustrialproduction．Ethernetistheearliestandalsohithertothemostpopularadoptedcomputernetworkinourcountry，therefore，theresearchingonthecharacteristicsoftheindustrialne

8、tworkedcontrolsystembasedonEthernetandresolvingsomespecialconcernedproblemswillhaveimportantmeaningsinthefurtherenhancingnationaleconomicd