網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的建模、控制及故障檢測.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)日益廣泛的應用于各個領域，與傳統(tǒng)的集中式控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活性強，易于擴展、升級和維護，由于借助公用網(wǎng)絡降低了布線成本等優(yōu)點。但是由于通訊網(wǎng)絡的引入帶來了一系列的問題，如：通訊延時、數(shù)據(jù)包時序錯亂、數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡調(diào)度和故障診斷等問題，使得系統(tǒng)分析設計變得復雜，并且導致系統(tǒng)性能下降乃至不穩(wěn)定。本文針對這些問題在以下方面對網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)進行研究分析。
　　研究網(wǎng)

2、絡化控制系統(tǒng)的利用改進的Markov跳躍系統(tǒng)的建模與控制問題，以及在隨機 Lyapunov函數(shù)穩(wěn)定性分析方法基礎上，研究依賴于延時大小和依賴于延時范圍的隨機跳躍 H∞狀態(tài)反饋控制器的設計問題。首先我們回顧利用傳統(tǒng) Markov跳躍系統(tǒng)的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)建模與控制的結(jié)果和不足，然后給出利用改進的Markov跳躍系統(tǒng)的建模形式，給出了基于線性矩陣不等式的依賴于延時大小的隨機跳躍H∞控制器的存在條件并采取了CCL算法對控制器進行求解。同時，對求

3、解過程中的某些矩陣變量加以適當約束，既可求解出相應的依賴于延時范圍的隨機跳躍H∞控制器。仿真算例驗證了所得到的依賴于延時大小的隨機跳躍H∞控制器在使閉環(huán)系統(tǒng)在噪聲抑制方面較低的保守性，以及依賴于延時步長范圍隨機跳躍 H∞控制器的計算簡便性。
　　基于隨機 Lyapunov函數(shù)的方法，研究了利用不確定轉(zhuǎn)移概率 Markov隨機跳躍系統(tǒng)對網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)建模的改進。同時給出了依賴于延時步長大小和依賴于延時范圍的隨機跳躍 H∞狀態(tài)反饋控制

4、器的設計問題。首先通過采用一種控制器端計算并傳送控制指令集合、執(zhí)行器端根據(jù)延時信息來選擇控制器增益的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)框架，以實現(xiàn)多個控制器增益依賴于延時或延時范圍跳轉(zhuǎn)的控制器設計。進而，在對網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)利用隨機跳躍系統(tǒng)理論建模的基礎上，基于線性矩陣不等式技術，給出了依賴于延時大小和延時范圍的隨機跳躍 H∞控制器的存在條件，并采取了 CCL算法對控制器進行求解。仿真算例驗證了所得到的依賴于時大小的隨機跳躍 H∞控制器在使閉環(huán)系統(tǒng)噪聲抑制方

5、面的較低保守性，以及依賴于延時步長范圍的切換 H∞控制器的較高實用性。從而在不能獲得準確的轉(zhuǎn)移概率的背景下，使利用Markov跳躍系統(tǒng)進行對系統(tǒng)的建模及控制成為了可能。本章中所利用的方法、思想及結(jié)果可擴展到網(wǎng)絡化輸出反饋控制及其它控制問題中。
　　研究了采樣鎮(zhèn)定控制問題以及采樣保性能控制問題。首先將時間驅(qū)動的網(wǎng)絡化系統(tǒng)建模成時滯采樣控制系統(tǒng)，然后針對該時滯采樣控制系統(tǒng)，基于Lyapunov漸近穩(wěn)定性分析方法，提出了一種新的網(wǎng)絡化系

6、統(tǒng)的采樣控制器設計方法，并且在此基礎上，設計和實現(xiàn)了網(wǎng)絡化系統(tǒng)的保性能采樣控制器。
　　針對一類具有網(wǎng)絡誘導時延和范數(shù)有界未知輸入影響的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，研究了故障診斷濾波器的設計問題。目的是設計一個故障濾波殘差產(chǎn)生系統(tǒng)，使殘差信號對擾動信號和其它未知輸入具有較高的魯棒性，并且對故障信號具有較高的靈敏度。采用緩沖區(qū)技術將時變的網(wǎng)絡誘導時延轉(zhuǎn)化為確定性時延，然后分別基于狀態(tài)觀測器方法和直接估計的方法研究了長時延情況下的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)故障診