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不确定时延网络控制系统的稳定性研究

作　者: 马伟豪
导　师: 金朝永
学　校: 广东工业大学
专　业: 应用数学
关键词: 不确定性时延网络控制系统(NCS) 线性矩阵不等式(LMI) 状态反馈李雅普诺夫函数
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

网络控制系统(Networked control system NCS)是一个集通信网络和控制系统于一体的系统。涉及到机械及电子工程、软件工程、控制理论、计算机科学、信息理论和可靠性理论知识等学科的知识。随着科学技术的快速发展,网络开始在许多的控制领域应用,网络的应用范围也在不断的扩大,比如机器人遥操作领域、远程教学和实验领域、直流控制系统领域、武器兵工系统领域、远程医疗领域以及家庭、办公自动化领域等。所以,探索和建立更加完善的研究网络控制系统的方法是迫在眉急的大事,是当今社会各个领域的必然需要,对网络控制系统进行进一步的研究具有很重要的战略意义和现实意义。然而,由于控制系统中引入了网络,使得传统的研究控制系统的方法不再适用于网络控制系统,相对于传统的控制系统,网络控制系统主要特征是系统中的传感器,控制器和执行器不是直接的点对点的连接,而是通过有线网络或无线网络来交换数据和控制信息,因此使系统具有许多独特的特点。这些特点也决定了研究网络控制系统和一般的控制系统的方法是不一样的,所以,必须根据网络控制系统的特点,对系统进行更深入的了解和分析,然后采取有效的研究方法,设计正确的控制算法来解决一些实际问题,具有重大的实际意义。本文主要研究的是具有不确定时延的网络控制系统的建模与稳定性分析问题,对具有时延的网络控制系统进行建模,运用李雅普诺夫稳定性理论,结合线性矩阵不等式的知识,给出了一些时延系统相关稳定性的充分条件。主要研究内容如下：1.研究了引起网络控制系统时延的一些原因以及伴随着网络时延出现的数据丢包、数据包乱序等相关问题。这些问题都会成为影响网络控制系统性能的重要因素,对这些因素的了解有利于更好的对系统进行分析。2.对一类定常时延网络控制系统进行稳定性分析进行了分析研究。建立定常时延网络控制系统的模型描述,假设传感器节点为时间驱动,控制器节点和执行器节点为事件驱动,将具有定常时延的网络控制系统化为一类具有参数不确定性的线性离散系统,利用李雅普诺夫方法给出了闭环系统渐近稳定的充分条件,并利用LMI进行求解,证明了方法的可行性,定常时延网络控制系统的研究为下一章要研究的不确定时延网络控制系统的研究打下了基础。3.研究了具有不确定时延网络控制系统的稳定性。针对不确定时延的网络控制系统,假设其传输时延是不确定的,传感器采用时间驱动,控制器和执行器采用事件驱动,将系统模型离散化,通过构造李雅普诺夫函数,结合线性矩阵不等式(LMI)的有关知识,对系统的稳定性进行分析,给出了系统稳定的充分条件,最后给出算例,用MATLAB进行仿真,证明了结论的正确性,所得的结果与现有的一些文献相比可以使系统更快的趋于稳定状态。4.最后对本文研究的内容进行了总结,并对时延网络控制系统的稳定性研究进行了展望。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
CONTENTS  10-12
第一章绪论  12-22
  1.1 网络控制系统研究的目的和意义  12-13
  1.2 网络控制系统的研究背景  13-15
  1.3 网络控制系统的国内外研究现状  15-17
  1.4 本文主要内容以及结构安排  17-18
  1.5 数学基础知识  18-20
    1.5.1 线性矩阵不等式(LMI)  18-20
    1.5.2 几个重要的引理  20
  1.6 符号说明  20-22
第二章网络控制系统准备知识  22-27
  2.1 网络控制系统诱导时延的产生  22-23
  2.2 网络控制系统中节点的驱动方式  23-24
  2.3 时延网络控制系统中存在的其它问题  24-27
    2.3.1 数据丢包问题  24-25
    2.3.2 信息调度问题  25
    2.3.3 数据包时序错乱问题  25-27
第三章定常时延网络控制系统的稳定性分析  27-33
  3.1 引言  27
  3.2 问题描述  27-29
  3.3 稳定性分析  29-31
  3.4 数值算例  31
  3.5 本章小结  31-33
第四章不确定时延网络控制系统的稳定性分析  33-42
  4.1 引言  33
  4.2 问题描述  33-37
  4.3 稳定性分析  37-40
  4.4 数值仿真  40-41
  4.5 本章小结  41-42
结束语  42-44
参考文献  44-47
攻读硕士学位期间发表论文  47-49
致谢  49

不确定时延网络控制系统的稳定性研究

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