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网络化大系统的建模、分析与分散控制

作　者: 王鼎
导　师: 张庆灵
学　校: 东北大学
专　业: 运筹学与控制论
关键词: 网络化大系统 网络诱导时延 数据丢失 系统建模 稳定性分析 鲁棒H_∞控制 分散控制 线性矩阵不等式 系统仿真
分类号: O231
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


分散网络化控制系统是具有多个控制站并且通过实时网络传输控制信号的复杂控制系统。它既能保持分散控制在处理地域分布广大的控制系统方面的优越性,又能借助网络环境进行实时信号传输,极大地提高了系统的灵活性和可靠性,是系统与控制理论和网络与通信技术相结合发展的产物,具有重要的应用价值。本文研究网络化大系统的建模、分析与分散控制问题。首先,介绍分散网络化控制系统的研究日的和意义,分别针对网络化控制系统和分散控制系统简述它们各自的基本问题和研究现状,并概述本文需要用到的基础知识。其次,分别建立考虑网络诱导时延和数据传输丢失情形下网络化大系统的数学模型。一方面,根据时延特性将被控对象各个通道的控制输入视为分段的常值,在将连续系统离散化的过程中建立起不确定大系统模型。另一方面,在概念上将数据传输成功和丢失等价为网络的接通和断开,定义Bernoulli随机变量来描述每个通道上的数据丢失,通过将反馈控制器作用于开环系统建立起闭环随机系统模型。再次,重点进行网络化大系统的稳定性分析和分散控制器设计。对于存在诱导时延的网络化大系统,根据Lyapunov稳定性理论推导出使闭环系统渐近稳定并且具有一定H∞性能的动态分散鲁棒控制器。对于具有数据丢失的网络化大系统,设定Lyapunov矩阵为特殊形式的块结构,采取矩阵替换技术将双线性矩阵不等式转化为易于MATLAB求解的线性矩阵不等式,由此分别得到当被控对象为关联大系统和多通道大系统时,闭环系统满足均方指数稳定同时具有一定H∞性能的输出反馈分散控制器。又针对每一种情形分别给出相应的数值算例,利用线性矩阵不等式工具箱定义复杂矩阵求解分散控制器参数,并设计合适的Simulink模块体现网络的时延和数据丢失特性,在此基础上进行的仿真实验证明了本文所得结果的可行性和有效性。最后,总结本文用到的主要研究方法,并对网络环境下大系统的分散控制问题进行展望,同时指出了本文存在的不足之处和可能的改进方向。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-22
  1.1 研究目的及意义  12-13
  1.2 基本问题  13-15
    1.2.1 网络化控制系统的基本问题  13-14
    1.2.2 分散控制系统的基本问题  14-15
  1.3 研究现状  15-19
    1.3.1 网络化控制系统的研究现状  15-17
    1.3.2 大系统分散控制的研究现状  17-18
    1.3.3 分散网络化控制系统的研究现状  18-19
  1.4 本文研究工作及内容安排  19-21
    1.4.1 本文研究工作  19-20
    1.4.2 内容安排  20-21
  1.5 符号说明  21-22
第2章 预备知识  22-32
  2.1 控制理论基础  22-26
    2.1.1 控制系统的基本要求  22-23
    2.1.2 控制系统的稳定性分析  23-24
    2.1.3 控制系统的综合基础  24-26
  2.2 分散控制理论基础  26-28
    2.2.1 固定模  26-27
    2.2.2 大系统的分散控制  27-28
  2.3 重要引理  28-29
  2.4 控制系统实验工具MATLAB基础  29-32
    2.4.1 控制系统仿真工具MATLAB/Simulink简介  29
    2.4.2 线性矩阵不等式方法  29-32
第3章 网络化大系统的描述与建模  32-46
  3.1 网络化控制系统的描述与建模  32-38
    3.1.1 典型网络化控制系统描述  32-33
    3.1.2 时延情形下网络化控制系统建模  33-36
    3.1.3 数据丢失情形下网络化控制系统建模  36-38
  3.2 分散网络化控制系统的描述与建模  38-44
    3.2.1 分散网络化控制系统描述  38-40
    3.2.2 时延情形下分散网络化控制系统建模  40-42
    3.2.3 数据丢失情形下分散网络化控制系统建模  42-44
  3.3 本章小结  44-46
第4章 时延网络化大系统的分析与控制  46-60
  4.1 一类存在时延网络化大系统的动态分散鲁棒H_∞控制  46-58
    4.1.1 问题提出  46-47
    4.1.2 问题描述  47-48
    4.1.3 主要结果  48-54
    4.1.4 仿真算例  54-58
  4.2 本章小结  58-60
第5章 数据丢失网络化大系统的分散控制  60-78
  5.1 具有数据丢失网络化关联大系统的分散H∞控制  60-71
    5.1.1 问题提出  60-63
    5.1.2 问题描述  63-64
    5.1.3 主要结果  64-68
    5.1.4 仿真算例  68-71
  5.2 具有数据丢失网络化多通道大系统的分散鲁棒H∞控制  71-77
    5.2.1 问题描述  71-72
    5.2.2 主要结果  72-75
    5.2.3 仿真算例  75-77
  5.3 本章小结  77-78
第6章 总结与展望  78-82
  6.1 总结  78-79
  6.2 展望  79-82
参考文献  82-88
致谢  88

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中图分类: > 数理科学和化学 > 数学 > 控制论、信息论（数学理论） > 控制论（控制论的数学理论）
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