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广义网络控制系统的建模与学习控制

作　者: 李祖松
导　师: 陈其工
学　校: 安徽工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 广义系统网络控制系统广义网络控制系统学习控制迭代学习控制网络诱导时延数据包丢失
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着网络通信技术的日渐成熟、计算机控制技术的飞速发展及工业自动化的相互促进,网络控制系统(Networked Control System,NCS)应运而生。因其是集多学科的综合体系,涉及一国的国防安全及经济命脉,得到了世界各国和学术界的普遍重视。近年来网络控制系统得到了快速的发展,理论水平进展显著,应用领域扩大迅速,但其基本理论体系仍尚未形成。目前,有关网络控制系统的研究中,研究内容涉及系统建模、调度方法、控制策略、体系架构等多方面。研究对象包括正常系统和广义系统两类,其中对正常系统的研究成效显著,取得了丰硕成果。而广义系统作为正常系统的推广,存在于大量的实际系统模型中,但针对其为被控对象的广义网络控制系统(Descriptor Networked Control System,DNCS)却鲜有人参与研究。因广义系统区别于正常系统,适用于正常系统的理论并不一定再适用于广义系统,且广义系统本身的复杂性,使广义网络控制系统的研究必要且相对困难,具有一定的挑战性。研究广义网络控制系统的基本理论对丰富和发展网络控制系统理论、促进工业实践运用具有重要的科学意义和潜在价值。鲁棒控制、预测控制等传统控制方法大量存在于现有的网络控制系统研究中,取得了较好的控制效果,但随着被控对象的复杂化,传统控制方法的再运用难以保证会继续取得良好的控制性能。而随着智能控制的发展,将其运用在网络控制系统中,成为学者们的研究方向之一,并取得了良好的控制效果和较大发展。学习控制作为智能控制的高级分支,具有可发现潜在规律以及适应环境等特点,能有效提高系统控制性能,迭代学习控制作为学习控制中讨论重点之一,引来学术界近年来广泛关注,因算法简单但控制效果突出,适合于具有重复运动性质的系统,被越来越多的运用到网络控制系统中,并逐渐发展成为研究热点。本课题以广义系统和广义网络控制系统为研究对象,探索广义系统在迭代学习控制下的控制效果、分析迭代学习控制运用在广义网络控制系统的可行性和有效性。具体研究内容如下：1、针对线性定常广义系统研究对象,明确广义控制系统的研究前提,探讨开环、闭环和开闭环迭代学习率的特点和优缺点,分析系统在开闭环迭代学习控制率下的收敛条件和控制效果,验证开闭环迭代学习控制的算法优越性,引申提出其用在广义网络控制系统中的可行性。2、针对连续广义网络控制系统,按照网络中时延存在,但丢包情况的不同,考虑两种情况下系统在迭代学习控制算法下的收敛性差异,对广义网络控制系统的迭代学习控制做初步探索。3、考虑离散广义网络控制系统,在单输入单输出和多输入多输出两种情况下,分析系统在时延和丢包同时存在下的迭代学习控制问题,给出系统稳定性的收敛条件。4、基于Matlab/Simulink工具,针对广义网络控制系统的迭代学习控制进行仿真,验证时延和丢包对系统性能的影响,同时验证迭代学习控制在网络控制系统中运用的可行性。网络控制系统的研究正如火如茶,广义网络控制系统的研究也蓄势待发。初步探索迭代学习控制在广义网络控制系统中的应用,为后续广义网络控制系统和迭代学习控制,乃至学习控制的研究提出有益尝试,也是本课题研究目的所在。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-15
第1章：绪论  15-26
  1.1 网络控制系统概述  15-18
    1.1.1 网络控制系统的研究背景  15-16
    1.1.2 网络控制系统的主要问题  16-18
  1.2 广义网络控制系统  18-21
    1.2.1 广义系统简介  18-20
    1.2.2 广义网络控制系统及发展现状  20-21
  1.3 学习控制  21-24
    1.3.1 学习控制简介  21-22
    1.3.2 迭代学习控制及发展现状  22-24
  1.4 研究背景和本文的主要研究工作  24-26
第2章广义系统的迭代学习控制  26-36
  2.1 广义控制系统设计基本要求  26-27
  2.2 迭代学习控制的分类  27-28
  2.3 一类广义系统的开闭环PID型迭代学习控制  28-35
    2.3.1 问题描述及分析  28-32
    2.3.2 仿真研究  32-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章连续广义网络控制系统的迭代学习控制  36-47
  3.1 具有时延的连续广义网络控制系统的建模与迭代学习控制  36-42
    3.1.1 系统描述  37-38
    3.1.2 收敛性分析  38-42
  3.2 具有时延和丢包的连续广义网络控制系统的建模与迭代学习控制  42-46
    3.2.1 系统描述  42-44
    3.2.2 收敛性分析  44-46
  3.3 本章小结  46-47
第4章离散广义网络控制系统的迭代学习控制  47-53
  4.1 离散SISO广义网络控制系统的迭代学习控制  47-49
    4.1.1 系统描述  47-49
    4.1.2 收敛性分析  49
  4.2 离散MIMO广义网络控制系统的迭代学习控制  49-52
    4.2.1 系统描述  49-50
    4.2.2 收敛性分析  50-52
  4.3 本章小结  52-53
第5章广义网络控制系统仿真  53-60
  5.1 TrueTime仿真平台简介  53-55
  5.2 具有时延的广义网络控制系统仿真  55-57
  5.3 具有时延和丢包的广义网络控制系统仿真  57-59
  5.4 本章小结  59-60
第6章总结与展望  60-62
  6.1 总结  60
  6.2 待研究内容  60-62
参考文献  62-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-68
致谢  68

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