通信約束時滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCS)是融合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)而出現(xiàn)的一種新的控制系統(tǒng)，基于這種技術(shù)，處于不同地域的傳感器、控制器和執(zhí)行器能夠通過網(wǎng)絡(luò)互連達到信息的互連與交換。
　　通信約束下的時滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有重要的研究意義，考慮到已有工作對網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延的處理多假定延時的上界或者上下界是已知的不足，本文在已有文獻考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延中每一個延時及其發(fā)生的概率的基礎(chǔ)上融合通信約束，

2、解決了通信約束時滯NCS的H∞控制、基于T-S模型和控制器冗余的通信約束時滯NCS量化控制、基于離散Markov跳變系統(tǒng)的通信約束時滯NCS的控制與濾波、基于網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延發(fā)生概率的超超臨界火電機組控制系統(tǒng)仿真問題。
　　研究思路如下：
　　針對通信約束時滯NCS問題，研究了H∞控制問題，在此基礎(chǔ)上拓廣到被控對象為非線性的情況，同時為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，采用量化反饋的方法研究了通信約束下的非線性時滯NCS系統(tǒng)量化控制，更進一

3、步考慮到多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，對于通信約束網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來講，存在著本回路控制器失效的情況，我們在考慮各個回路控制器失效概率的基礎(chǔ)上將其它回路控制器用于本回路對象的控制，并且回路之間就形成了一定的拓撲結(jié)構(gòu)，基于此，我們研究了基于控制器冗余通信約束時滯NCS的量化反饋控制，考慮到通信約束和網(wǎng)絡(luò)通信狀況復(fù)雜性，系統(tǒng)在幾個模型之間切換，并且切換概率是部分可知的，在此基礎(chǔ)上考慮了基于離散Markov跳變系統(tǒng)的通信約束時滯NCS的控制和濾波，最后我們

4、將基于網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延發(fā)生概率的思想引入超超臨界火電機組中，并進行了仿真。
　　存在的創(chuàng)新點主要在：
　　(1)采用網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延大小及其發(fā)生概率的方法，研究了以上問題，得到了具有更低保守性的系統(tǒng)的穩(wěn)定性充分條件，并且設(shè)計相應(yīng)控制器使得系統(tǒng)在存在擾動情況下能有更優(yōu)的擾動抑制性能指標。
　　(2)本文考慮了基于控制器冗余的網(wǎng)絡(luò)控制問題，研究了回路之間通信拓撲結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并且設(shè)計了相應(yīng)的量化反饋控制器。
　　本

5、文的研究內(nèi)容圍繞創(chuàng)新點展開：
　　研究了通信約束時滯NCS的H∞控制問題。在假定系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議已知的情況下建立網(wǎng)絡(luò)通信資源受限的NCS線性切換模型，根據(jù)延時發(fā)生概率來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最后分別針對連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)設(shè)計狀態(tài)反饋控制器和動態(tài)輸出反饋控制器使得系統(tǒng)穩(wěn)定且達到更優(yōu)的性能指標。
　　考慮到通信約束，采用量化來提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率并將成果拓廣到非線性系統(tǒng)，研究了通信約束非線性時滯NCS系統(tǒng)量化控制和基于控制器冗余時滯

6、NCS的量化反饋控制。對于非線性模型，用T-S模糊模型建立系統(tǒng)的非線性模型，然后考慮到通信約束，采用量化反饋設(shè)計控制器使得系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定，同時使得系統(tǒng)具有一定的擾動抑制性能指標。對于通信受限網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來講，存在著本回路控制器失效的情況，我們在考慮各個回路控制器失效概率的基礎(chǔ)上將其它回路控制器用于本回路對象的控制，在此情況下，被控對象既接受來自本回路的控制輸入，又有來自其他回路的控制輸入，回路之間的通信將形成一定的拓撲結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上研究

7、了回路之間通信拓撲結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)穩(wěn)定性的聯(lián)系，考慮到系統(tǒng)回路之間具有較多的數(shù)據(jù)傳輸，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸率，采用了量化反饋的方法研究了回路之間具有不同通信拓撲結(jié)構(gòu)的NCS控制。
　　考慮通信約束，系統(tǒng)的模型將會發(fā)生跳轉(zhuǎn)，基于此研究了離散Markov跳變系統(tǒng)通信約束延時NCS的控制和濾波問題。考慮到網(wǎng)絡(luò)運行狀況的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)通信資源受限，系統(tǒng)的模型將發(fā)生改變，在此條件下建立跳轉(zhuǎn)概率部分可知的Markov系統(tǒng)，基于延時發(fā)生概率得出系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)

8、定性條件，設(shè)計了系統(tǒng)的控制器和濾波器使得系統(tǒng)具有給定的性能指標。對于控制問題可以得到：在給定系統(tǒng)擾動抑制性能指標的前提下，求出系統(tǒng)具有此擾動性能的最大允許傳輸間隔。更進一步可以算出系統(tǒng)穩(wěn)定的最優(yōu)擾動抑制指標，和已有結(jié)果相比，這具有更低的保守性。對于濾波問題，在分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件下，設(shè)計相應(yīng)的動態(tài)濾波器，可以實現(xiàn)對狀態(tài)的漸近估計。
　　將基于網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延發(fā)生概率的思想在超超臨界火電機組控制系統(tǒng)中進行了仿真。首先建立超超臨界火電機組