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具有丢包和时延的网络控制系统的分析与控制

作　者: 谈孟亭
导　师: 朱张青
学　校: 南京大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 网络控制系统时变时延异步动态系统 Markov丢包过程
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 215次
引　用: 1次
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内容摘要

利用通信网络将控制系统的各部件(传感器、控制器、执行器等)连接起来的闭环控制系统即为网络控制系统。和传统的点对点控制系统相比,网络控制系统减少了系统布线,使得总体成本减低,较易安装、扩展和维护,通过网络,更易实现资源共享、远程操作控制,增加了系统的灵活性和可靠性。但是,由于网络在反馈控制回路中的存在,使得传统控制理论的一些假设,如所有的系统组件均为同步控制、控制器和执行器信号的发送和接收没有延时和丢失等等,将不再成立,系统的分析和设计变得更加复杂和困难。本文针对传感器-控制器通道以及控制器-执行器通道均存在时变时延和丢包的网络控制系统进行了稳定性分析和控制器设计：首先,本文针对短时延确定丢包率网络控制系统,将丢包过程建模为按照定速率切换的开关,将系统建模为异步动态系统,其系数矩阵服从丢包率。最终,构造利亚普诺夫函数,给出使得系统指数稳定的充分条件和状态反馈控制器、输出反馈控制器和状态观测器参数。然后,本文针对短时延随机丢包率的网络控制系统,将丢包过程建模为马尔科夫丢包系统,在此基础上给出使得系统渐近稳定的状态反馈控制器设计方案。最后,本文对长时延丢包系统进行了建模和分析,设计了状态反馈控制器和具有时延补偿的观测器,使得系统指数稳定。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究的目的和意义  9-10
  1.2 NCS中存在的基本问题  10-14
    1.2.1 网络调度  11
    1.2.2 网络诱导时延  11-12
    1.2.3 数据包丢失  12-13
    1.2.4 单包传输和多包传输  13
    1.2.5 数据包乱序  13
    1.2.6 节点的驱动方式  13-14
  1.3 国内外研究现状分析  14-16
    1.3.1 时延网络系统的研究  14-15
    1.3.2 丢包网络系统的研究  15-16
    1.3.3 时延丢包网络系统的研究  16
  1.4 本文的主要内容  16-18
第二章预备知识  18-22
  2.1 一些引理  18
  2.2 异步动态系统  18-19
  2.3 马尔可夫丢包过程  19-20
  2.4 线性矩阵不等式(LMI)  20-22
第三章短时延异步丢包系统的控制  22-40
  3.1 系统建模  22-25
  3.2 状态反馈控制器设计  25-28
  3.3 输出反馈控制器设计  28-33
  3.4 状态观测器设计  33-38
  3.5 算例仿真  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章短时延随机丢包系统的控制  40-49
  4.1 系统建模  40-41
  4.2 状态反馈控制器设计  41-48
    4.2.1 稳定性分析  41-45
    4.2.2 控制器设计  45-48
  4.3 本章小结  48-49
第五章长时延丢包系统的控制  49-59
  5.1 系统建模  49-51
  5.2 状态反馈控制器设计  51-54
  5.3 状态观测器设计  54-58
  5.4 本章小结  58-59
第六章结论与展望  59-61
  6.1 本文的主要工作  59-60
  6.2 研究展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65

具有丢包和时延的网络控制系统的分析与控制

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