通信受限的网络化系统控制策略研究

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由于自动控制、网络技术及微电子技术的迅猛发展,市场上多种多样的智能传感器、智能控制芯片面世,网络化控制系统便成为工业自动化控制领域一个值得深究的热点问题。网络化控制系统具有资源共享、结构简单、可靠性和灵活性更高及可远程操控等优点。但是优点众多的网络化控制系统仍然也会存在一些难以解决的问题,由于所传输的信息都是在网络中进行传输,而网络带宽通常是有限的,这就不可避免地存在介质访问约束、数据丢包和量化等通信约束问题,对系统的性能造成极大的威胁。本文研究了存在多种通信约束的网络化控制系统控制器/滤波器的设计问题,主要内容如下:首先,针对存在介质访问约束和信号量化的网络化控制系统,研究了动态输出反馈控制问题。将信号量化误差处理为扇形有界的不确定性,然后根据系统的随机访问机制将网络化控制系统建模成离散时间的马尔可夫跳变系统,并由李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术推导出系统稳定的充分条件,同时设计了动态输出反馈控制器,使得网络化控制系统渐近稳定。最后,通过仿真算例对本章所提控制方法的有效性进行了验证。其次,针对存在介质访问约束和数据包丢失的网络化控制系统,研究了鲁棒预测控制问题。针对上述所存在的多种通信约束,将介质访问约束描述为马尔可夫跳变过程,并用伯努利独立同分布描述丢包现象,从而将系统建模为一个马尔可夫跳变系统,在此基础上,对网络化控制系统的鲁棒预测控制器进行设计,使得网络化控制系统渐近稳定。最后,通过给出的一个仿真算例来验证本章所提控制方法的有效性。再次,针对存在介质访问约束、数据包丢失和量化的网络化控制系统,研究了网络化控制系统的耗散滤波问题。通过将系统建模为切换T-S模糊模型可表示的离散时间系统,借助基于模糊基的李雅普诺夫稳定性理论,并在给出的充分条件下保证了系统的耗散性能,同时设计了相应的滤波器。最后,通过给出的一个仿真算例来验证本章所提方法的有效性。最后,对全文一些主要的研究工作做出了总结,给出了本文的一些研究成果,并对未来的研究工作进行了梳理与展望。
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