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网络控制系统鲁棒控制器设计研究

作　者: 田群宏
导　师: 徐凤霞
学　校: 齐齐哈尔大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 不确定时延数据丢包 Lyapunov函数线性矩阵不等式鲁棒控制器单指数平滑法
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

网络控制系统中不可避免的存在网络时延与数据丢包，而时延和数据丢包将导致控制系统的性能下降，甚至使系统不稳定。在实际工业控制中，由于生产过程中工作条件和环境的变化，控制系统中元器件的老化及某些物理参数的变化等因素，使得被控对象的动态特性一般难以用精确的数学模型来描述，这就是网络控制设计中所要面临的不确定性。针对网络控制系统中存在的时延、数据丢包和不确定性，对系统进行鲁棒控制器设计具有重要意义。本文阐述了网络控制系统的研究背景、系统结构、存在时延和丢包的网络控制研究现状；以鲁棒控制理论、预测控制理论为基础，研究了鲁棒控制与预测在网络控制系统中的应用，并在此基础上开展了论文的主要研究工作。提出次优鲁棒控制器的设计方法。将网络控制系统中存在的时延和建模所引起的不确定性，转化为满足给定约束条件的矩阵，外界环境中存在的未知扰动所引起的不确定性，等价为有界的能量函数矩阵。以满足这种约束条件下不确定矩阵的上界值及满足给定H∞性能指标的能量函数矩阵的界限值，作为所考虑的不确定性对系统造成的最坏影响，而进行控制器设计。运用Lyapunov函数及线性矩阵不等式(LMI)理论，给出了控制系统渐近稳定且满足给定H∞性能指标的充分条件，并完成鲁棒控制器的设计。该方法对时延是否大于一个采样周期没有限制，而且不需要满足某种随机分布。提出一种新的基于状态预估的鲁棒控制器的设计方法。为了解决时延引起的数据传输延迟及数据丢失对控制系统造成的影响，加入状态预估装置，该装置采用单指数平滑模型作为控制系统的预测模型，并在每个采样时刻进行状态预估。当传感器到控制器的数据传输时延大于一个采样周期时，采用预估的状态变量作为控制器的输入，否则，采用实际的状态变量作为控制器的输入。为完成以上两种情况下控制器的及时驱动，控制器采用时钟驱动与事件驱动的复合驱动方式。结合Lyapunov函数和线性矩阵不等式理论，完成基于状态预测的鲁棒控制器的设计。所提出的基于状态预估的鲁棒控制器的设计方法，提高了网络控制系统的控制精度。

网络控制系统鲁棒控制器设计研究

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