本文關(guān)鍵詞：不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒分析與事件觸發(fā)控制研究

  更多相關(guān)文章： 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 時滯系統(tǒng) 魯棒控制 事件觸發(fā)機(jī)制 線性矩陣不等式

【摘要】：近十幾年,隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,越來越多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被應(yīng)用到控制系統(tǒng)當(dāng)中。如今,網(wǎng)絡(luò)控制早已成為控制領(lǐng)域中的一個熱門研究方向。網(wǎng)絡(luò)的引入使得控制系統(tǒng)各部分之間能共享信息資源,節(jié)省了布線成本,增加了系統(tǒng)的靈活性與可靠性。然而,網(wǎng)絡(luò)的引入同時也帶來了如網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時、數(shù)據(jù)包錯序與丟失等新的問題,容易導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能的下降。尤其在通訊信道有限容量的制約下,上述問題對控制系統(tǒng)性能的影響將更為顯著,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。盡管目前在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究上都已經(jīng)涌現(xiàn)出了豐碩的成果,但對于有限帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下控制系統(tǒng)的魯棒分析和結(jié)合事件觸發(fā)控制提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的研究上,仍存在許多需要繼續(xù)深入和有待解決的問題。 本文主要以一類帶寬受限的不確定線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為研究對象,從系統(tǒng)建模、分析和控制器設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信觸發(fā)機(jī)制與控制協(xié)同設(shè)計等方面展開了研究。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 1.針對一類具有區(qū)間時變時延和連續(xù)丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),通過輸入延遲法建立了能統(tǒng)一考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時、數(shù)據(jù)丟包以及時變采樣間隔影響的時滯系統(tǒng)模型。利用Wirtinger不等式、互逆凸組合定理和可變間隔時滯分割方法,得到了具有線性矩陣不等式(LMIs)形式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時滯相關(guān)魯棒穩(wěn)定性條件,在此基礎(chǔ)上給出了狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定控制器的設(shè)計方法。因所采用的方法充分利用了時滯區(qū)間的信息和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中因采樣保持帶來的鋸齒演化信息,可以獲得具有較小保守性的結(jié)果。同時因避免使用自由權(quán)矩陣方法,減少了引入的矩陣變量。數(shù)值實(shí)例說明了所提方法的有效性和低保守性。 2.研究了一類具有非零時延下界和丟包的不確定線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒保性能控制問題。通過將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為區(qū)間時變時滯系統(tǒng),采用Wirtinger不等式、互逆凸組合定理和等間隔時滯分割方法推導(dǎo)出一種新的時滯相關(guān)穩(wěn)定性條件,在此基礎(chǔ)上給出魯棒保性能控制器存在的充分條件,并利用改進(jìn)的錐補(bǔ)線性(ICCL)方法給出了次優(yōu)魯棒保性能控制器的設(shè)計方法。因所采用的方法不僅考慮了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中延時的鋸齒特征,而且進(jìn)一步利用了時延下界信息,因此可以在時延下界較大的情況下獲得保守性更低的結(jié)果。數(shù)值實(shí)例表明所提方法的有效性和低保守性。 3.針對一類不確定線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)容易受到外部擾動影響的問題,在將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為區(qū)間時變時滯系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用Wirtinger不等式、互逆凸組合定理推導(dǎo)出具有LMIs形式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒H_∞控制器存在的充分條件,并進(jìn)一步利用1CCL算法給出了次優(yōu)魯棒H_∞控制器的設(shè)計方法。數(shù)值實(shí)例表明,所設(shè)計的控制器不僅能使系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定,而且能獲得比已有結(jié)果更強(qiáng)的擾動抑制能力。 4.在考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時和外部干擾的影響下,從輸出反饋的角度研究了一類不確定線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的事件觸發(fā)控制問題。給出了一個基于觀測器狀態(tài)的離散事件觸發(fā)機(jī)制,并利用一種新的輸入延遲方法建立了統(tǒng)一描述網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時、采樣周期和事件觸發(fā)機(jī)制的增廣狀態(tài)時滯系統(tǒng)模型。采用Jensen不等式、互逆凸組合定理和時滯分割方法分析了所得時滯系統(tǒng)模型的魯棒H_∞性能,并進(jìn)一步研究了控制器、觀測器和事件觸發(fā)條件的聯(lián)合設(shè)計問題。仿真結(jié)果表明,在基于觀測器的事件觸發(fā)機(jī)制和控制器聯(lián)合作用下,閉環(huán)系統(tǒng)不僅很好地滿足了魯H_∞控制性能要求,而且節(jié)省了大量的網(wǎng)絡(luò)資源。 5.針對一類不確定線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),研究了基于觀測器事件觸發(fā)機(jī)制的魯棒H_∞。輸出跟蹤控制設(shè)計和優(yōu)化問題。首先提出了一種基于參考模型狀態(tài)和觀測器狀態(tài)的事件觸發(fā)機(jī)制,并利用分段輸入延遲法建立了包含參考模型狀態(tài)、觀測器狀態(tài)和觀測誤差的增廣時滯系統(tǒng)模型。通過時滯系統(tǒng)分析方法研究了控制器、觀測器和事件觸發(fā)條件的聯(lián)合設(shè)計問題,并利用粒子群優(yōu)化技術(shù)給出了一種新的聯(lián)合優(yōu)化求解算法以尋找使閉環(huán)系統(tǒng)滿足最小H_∞輸出跟蹤性能指標(biāo)的控制參數(shù)。仿真實(shí)例表明了所提方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 時滯系統(tǒng) 魯棒控制 事件觸發(fā)機(jī)制 線性矩陣不等式
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• CONTENTS11-14
• 圖表目錄14-16
• 主要符號表16-17
• 1 緒論17-31
• 1.1 研究背景和意義17-18
• 1.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展歷程18-20
• 1.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀20-28
• 1.3.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本問題20-24
• 1.3.2 基于時滯理論的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀24-27
• 1.3.3 基于事件觸發(fā)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀27-28
• 1.4 相關(guān)引理和不等式28-29
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)29-31
• 2 具有區(qū)間時變時延的不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析31-54
• 2.1 引言31
• 2.2 具有區(qū)間時變時延和連續(xù)丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模31-34
• 2.3 一種基于Wirtinger不等式的時滯相關(guān)穩(wěn)定性判據(jù)34-42
• 2.3.1 主要結(jié)果34-41
• 2.3.2 數(shù)值實(shí)例41-42
• 2.4 不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析與狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定42-53
• 2.4.1 問題描述42
• 2.4.2 魯棒穩(wěn)定性分析42-45
• 2.4.3 狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定控制器設(shè)計45-49
• 2.4.4 數(shù)值實(shí)例49-53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 3 具有長時延下界的不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒保性能控制54-68
• 3.1 引言54
• 3.2 另一種基于Wirtinger不等式的時滯相關(guān)穩(wěn)定性判據(jù)54-59
• 3.2.1 主要結(jié)果55-58
• 3.2.2 數(shù)值實(shí)例58-59
• 3.3 魯棒保性能控制59-67
• 3.3.1 問題描述59
• 3.3.2 魯棒保性能控制器的性能分析59-61
• 3.3.3 魯棒保性能控制器設(shè)計61-65
• 3.3.4 數(shù)值實(shí)例65-67
• 3.4 本章小結(jié)67-68
• 4 具有外部干擾的不確定網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒H_∞控制68-78
• 4.1 引言68
• 4.2 問題描述68-70
• 4.3 魯棒H_∞性能分析70-71
• 4.4 魯棒H_∞控制器設(shè)計71-74
• 4.5 數(shù)值實(shí)例74-77
• 4.6 本章小結(jié)77-78
• 5 基于觀測器的事件觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計78-101
• 5.1 引言78
• 5.2 基于觀測器的事件觸發(fā)機(jī)制與NCS建模78-84
• 5.3 基于Jensen不等式的時滯相關(guān)穩(wěn)定性判據(jù)84-89
• 5.3.1 主要結(jié)果84-88
• 5.3.2 數(shù)值實(shí)例88-89
• 5.4 事件觸發(fā)機(jī)制與魯棒H_∞控制聯(lián)合設(shè)計89-97
• 5.5 數(shù)值實(shí)例97-100
• 5.6 本章小結(jié)100-101
• 6 基于事件觸發(fā)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)輸出跟蹤控制與優(yōu)化101-119
• 6.1 引言101
• 6.2 基于觀測器的事件觸發(fā)機(jī)制與NCS建模101-104
• 6.3 事件觸發(fā)機(jī)制與魯棒H_∞輸出跟蹤控制聯(lián)合設(shè)計104-109
• 6.4 基于觀測器事件觸發(fā)機(jī)制的魯棒H_∞輸出跟蹤控制優(yōu)化109-111
• 6.5 另一種基于觀測器的事件觸發(fā)機(jī)制111-112
• 6.6 數(shù)值實(shí)例112-118
• 6.7 本章小結(jié)118-119
• 7 總結(jié)與展望119-122
• 7.1 總結(jié)119-120
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)120-121
• 7.3 展望121-122
• 參考文獻(xiàn)122-132
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果132-133
• 致謝133-134
• 作者簡介134

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1085935