通讯受限下网络化控制系统的分析及设计

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近年来,网络化控制系统作为控制领域的研究热点,得到了大量学者的关注并取得了相当丰富的研究成果。随着科学技术的发展和工业控制需求的增长,如何实现更高精度、更高效率以及更人性化的控制方案激励着我们去做进一步的探讨与研究。反馈控制、鲁棒控制、容错控制、预测控制和保成本控制等控制方法被先后提出,并被应用到实际工程当中去。但是,网络化控制系统作为一门新兴学科还有很多值得完善的地方。本文结合李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,研究了通讯受限下网络化控制系统的稳定性分析及控制器设计问题,其主要贡献如下:首先,针对网络时延和数据丢包问题,目前大多数文献都将数据丢包处理成网络时延,然后通过构造与时延上界相关的Lyapunov函数对系统进行分析。而本文首先分析了数据丢包率和系统等效网络时延之间的数量关系,接着将有随机网络诱导时延和随机数据丢包的网络化控制系统建模成带随机参数的时变时滞系统,通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii函数,结合Lyapunov稳定性理论和时延分段法,得到了保证系统指数均方稳定性的保守性更小的结论。其次,目前大多数文献都专注于如何设计出合理的控制器以克服网络不利因素对系统性能的影响,但本文不仅考虑了通讯网络带来的不利因素还考虑了系统硬件失效对网络化控制系统稳定性的影响,并建立了更加符合实际情况的系统模型,然后结合随机Lyapunov稳定性理论,以线性矩阵不等式的形式给出了系统具有给定的扰动抑制水平时指数均方稳定的充分条件。
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