數(shù)據(jù)包丟失時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及設(shè)計.pdf

1、所謂網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，就是指通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和總線將傳感器、執(zhí)行器和控制器單元作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接起來共同完成控制任務(wù)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化。使用專用或公用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)中的點對點結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳感器、控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)組件之間的控制信息可以相互傳遞的系統(tǒng)，即網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究正在迅速成為當(dāng)前國際控制領(lǐng)域的一個前沿課題，具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。它與傳統(tǒng)

2、的控制系統(tǒng)最大的區(qū)別在于：在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)通訊將成為控制系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸中存在傳輸時延，并且這些時延通常具有不確定性和時變性，另外還存在傳輸數(shù)據(jù)時序的錯亂和丟失等現(xiàn)象，這些都使得系統(tǒng)不再具有定常性和確定性。上述兩個方面對控制理論的研究提出了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。 本文系統(tǒng)的分析了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特性，網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)時延特性及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包丟失特性等，分析了這些特性對系統(tǒng)控制性能的影響，提出了新的設(shè)計方法，解決了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)

3、時延、數(shù)據(jù)包丟失等現(xiàn)象給控制系統(tǒng)帶來的穩(wěn)定性和魯棒性問題。 首先對于時延小于一個采樣周期且系統(tǒng)參數(shù)不確定情況下的線性連續(xù)系統(tǒng)，利用李亞普諾夫定理來估計傳輸時延的最大界，給出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定的充分條件。進(jìn)一步，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延的Markov特性，建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的Markov跳變模型，根據(jù)線性跳變理論分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給出了狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計方法。通過仿真實例驗證了每一種方法的有效性。 其次，考慮了在整個網(wǎng)絡(luò)傳

4、輸過程中發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失時，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸中數(shù)據(jù)包丟失的Markov特性，建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的Markov跳變線性模型，根據(jù)李亞普諾夫穩(wěn)定性理論，通過求解線性矩陣不等式，給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的條件。通過仿真實例驗證了方法的有效性。 最后，由于在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的丟失能夠降低系統(tǒng)的性能，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定，對系統(tǒng)的影響也是一個不容忽視的問題。所以本文針對同時存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了