通信约束下网络化控制系统稳定性分析

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十九世纪以来,计算机技术经过飞速的发展,已经越来越广泛的应用于我们的日常生产生活中,随之发展的还有通信网络。传统的控制系统已然无法满足时代的需求。因而,将传统控制系统结合网络而产生的网络化控制系统逐渐引起了海内外专家及研究人员的广泛关注,并在研究中出现了诸多成果。智能机器人的控制、无人艇的诞生,远程设备的操作都有着网络化控制系统的应用。网络化控制系统是通过利用通信网络将传统控制系统中的各个部分连接并进行信息交互的一种控制系统。与传统的控制系统相比,网络化控制系统不必担心由各个组件间距离上的问题造成的限制和影响,对于实现远距离的操作有着很大的便利。网络化控制系统在价格上、维修护理上、公共安全上都有着传统控制系统不具备的诸多优势。然而,由于信息通过通信网络传输,网络化控制系统自然而然地产生了一些通信过程中各式各样的问题,例如,网络诱导时延、信道噪声、带宽限制、数据丢包等等,都会对系统的性能产生一定的影响。在本文中针对通信参数的影响对网络化控制系统的稳定性进行了一定的研究。主要运用了互质分解、频域分析和谱分解等技术,此外还用到了范数的相关理论及Youla参数化理论等,通过求解信噪比获得网络化控制系统稳定性条件,此外还讨论了稳定性前提下网络化控制系统的性能极限问题。研究的主要内容如下:针对网络时滞系统,考虑了通信约束为丢包、噪声和带宽的情况下,网络时滞系统稳定性问题。从研究结果中,我们可以得知,网络时滞系统的稳定性问题会受到给定对象自身属性的影响。此外,通信信道中存在的约束条件也会对系统的稳定性造成一定的影响。针对网络化控制系统,研究了多种参数约束对系统稳定性的影响,包括时延,噪声,丢包及编码解码。运用频域分析和谱分解的方法研究了网络化控制系统的稳定性问题。从研究结果中,我们可以得到网络化控制系统的稳定性的最小值受给定对象的不稳定极点、非最小相位零点等因素的影响的结论。此外,通信网络中存在的约束条件也对控制系统的稳定性问题有着一定程度上的影响。此外,针对网络化控制系统,在稳定的前提下,讨论了时延与双向通道噪声共同约束的跟踪性能极限问题。这里,我们考虑了信道噪声同时存在于前向通道和反馈通道中,另外,为了考虑情况的复杂性,前向通道还存在时延。由研究结果可以知道,网络化控制系统的性能极限受给定对象本身属性以及它们的方向等因素的影响。此外,通信通道约束条件也一定程度的会影响到其性能极限。以上的研究成果将为网络化控制系统今后的研究起到一定的助力作用。
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