网络控制系统的性能分析及综合方法研究

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1、分类号：ＴＰ２７３单位代码：１０２２０？．．密级：．ＮｏｒｔｈｅａｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ硕士研究生学位论文论文题目＊网络控制系统的性能分析及综合方法研究吴迪硕士生：＝ｎ—．■李艳辉教授指导教师：＿Ｉ！＿—－—控制科学与工程学科专业：控制理论与控制工程研究方向：２０１８年６月１３日学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和

2、集体，均己在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：学位论文使用授权声明本人完全了解东北石油大学有关保留、使用学位论文的规定。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，可以公布论文的借阅，全部或部分内容。东北石油大学有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》、《中国博士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：：论文指导教师签名乞＆存去李指导小组成：员签名＾

3、ResearchonPerformanceAnalysisandSyntheticMethodsofNetworkedControlSystembyWuDiSupervisor:ProfessorLiYanhuiAThesisSubmittedtotheNortheastPetroleumUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringControlTheoryandControlEngineeringJune,2018东北石油大学硕士研究生学位论文网络控制系统的性能分析及综合方

4、法研究摘要近年来，随着科学技术的不断发展和网络通信能力的不断提高，网络控制系统(NetworkedControlSystems,NCSs)由于具有灵活性高，节省成本和便于资源共享的优点广泛应用于智能家居，远程医疗等领域中。然而，由于频繁的数据冲突和节点故障，在数据传输过程中存在由于网络引起的延迟和数据包丢失等问题，这大大降低了系统的性能甚至使系统失稳。所以，由于网络的引入造成的数据传输时延问题是必须考虑的。而在实际生活中，时延和丢包现象的发生通常是随机的，因此研究随机时延问题具有一定的理论意义和实际价值。此外，对于控制系统中存在的饱和现象以及对具有传感器饱和系统的故障检测(FaultDe

5、tection，FD)也是研究的重点问题之一。与此同时，还要注意在实际工程现场，被控对象往往都存在某种意义上的非线性，用多个线性模型来逼近原有系统的T-S模糊模型描述非线性的方法不可忽略。由于实际系统中外部干扰信号广泛存在持续峰值有界的情况，所以，本文从传统的鲁棒H∞、L2-L∞性能约束条件到更具实际意义的鲁棒L1性能约束条件对非线性NCSs进行了相关的研究，并且利用数值仿真验证了该方法的可行性，主要内容如下：首先，针对具有随机时滞的非理想网络环境，基于观测器研究了鲁棒控制器的设计问题。假设网络环境中时变时延含有特定的随机特征，通过引入一个Bernoulli随机变量表示时延分布在不同的区

6、间段中的概率，用具有概率分布信息创建一个新的系统模型。根据平行分布补偿法(ParallelDistributionCompensation,PDC)和Lyapunov稳定性理论，建立基于T-S模糊模型的使非线性NCSs输出分别为能量有界和持续峰值有界时的鲁棒H∞与L2-L∞性能判据。在此基础上，采用线性矩阵不等式(LinearMatrixInequality,LMI)技术同时获得观测器与控制器的增益矩阵。最后,数值仿真验证了该方法的准确性。其次，考虑传感器饱和现象的约束，研究了一类具有时变时延的非线性NCSs鲁棒滤波器的设计问题。假设非线性函数受李普希茨约束条件的影响，参数不确定性是范数

7、有界的，利用非线性扇形区域方法处理饱和度问题。利用状态增广法建立滤波误差系统，通过选择合适的Lyapunov函数，建立传感器饱和约束下非线性NCSs能量有界时鲁棒H∞性能判据和峰值-峰值(L1)性能判据并验证可行性。最后，针对具有传感器饱和约束的连续网控系统，研究了系统在受到幅值有界干扰情况下的鲁棒故障检测问题。通过构建鲁棒故障检测滤波器来生成残差信号，从而鲁棒故障检测滤波器的设计问题被转化成鲁棒L1滤波器求解问题。根据Lyapun