带随机时延和多丢包网络系统H∞滤波设计

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随着计算机技术的发展,通信技术的进步,网络化、智能化成为了控制系统新的发展方向,网络控制系统便应运而生了。网络控制系统(Networkedcontrolsystem,NCS)是通过网络链接传感器、控制器和执行器,组成的分散式闭环反馈控制系统。与传统控制系统相比,网络控制系统有许多优点,如在物理连接上简化了系统的复杂性,在成本上降低了运行和维护费用,在运行中提升了信息集成度等。任何事物都存在两面性,网络控制系统在带来优点的同时也使控制系统变得更加复杂,由于网络带宽限制、网络负载等因素影响,使各节点发送的信息在传输过程中会出现信息的延迟和数据包丢失等不确定现象。不同于传统控制系统,时延和丢包不仅使系统失稳,而且会降低系统的性能。因而,在网络诱导时延和丢包的情况下,使得NCS稳定,并保证系统具有优良的性能,这一问题引起了越来越多学者的广泛兴趣。本论文针对同时存在随机时延和数据包丢失的网络控制系统,设计具有均方意义下指数稳定并满足给定干扰抑制水平的H∞滤波器。主要研究内容如下:   第二章讨论带有一步随机时延和丢包系统的H∞滤波器设计。用两个Bernoulli分布的随机变量同时描述丢包和一步时延的现象。采用一种变量定义的新方法,将状态扩维应用到了滤波误差系统建模中。通过构造Lyapunov函数,给出滤波误差系统均方意义下指数稳定的充分条件。利用线性矩阵不等式(LinearMatrixInequality,LMI)技术设计H∞滤波器,在满足滤波误差系统均方意义下指数稳定的前提下使得性能指标γ小于预先设定的值。通过仿真例子,验证了所提算法的正确性和有效性。   第三章针对带有一步随机时延和丢包系统,通过Lyapunov稳定性理论和LMI技术相结合,给出系统H∞满阶滤波器存在的充分条件,并设计滤波器参数,使得相应的滤波误差系统均方意义下指数稳定且满足噪声抑制水平γ,同时满足条件的H∞滤波器通过求解相应的LMI的可行解而得到。与前一章相比,本章设计的满阶H∞滤波器降低了滤波器维数。通过仿真例子,验证了所提算法的正确性和有效性。   第四章针对一类带有界随机时延和多丢包的网络控制系统进行H∞滤波器设计。采用一组Bernoulli分布的随机变量描述系统中存在的随机时延和丢包现象,其中时延是时变且有界的,丢包可能是连续的,从而得到较前两章更一般的系统观测数据模型。通过引入新的变量定义,得到形式更为简单的滤波误差系统。基于LMI技术,进行H∞滤波器设计,得到误差系统均方意义下指数稳定和滤波器存在的充分条件,通过仿真例子,验证了所提算法的正确性和有效性。
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