一類Lipschitz非線性隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)穩(wěn)定與控制.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked Control System,簡稱NCS)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是一種通過共享的通訊網(wǎng)絡(luò)將傳感器,執(zhí)行器和控制器連接在一起的分布式控制系統(tǒng)。將網(wǎng)絡(luò)引入控制系統(tǒng),連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備控制的分布化和網(wǎng)絡(luò)化,加強(qiáng)了現(xiàn)場控制和上層管理的聯(lián)系,從而改善了生產(chǎn)過程的安全性、可靠性、效率和消耗等性能。網(wǎng)絡(luò)的引入同時(shí)也產(chǎn)生了一些新問題:例如網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包等

2、。眾所周知,實(shí)際系統(tǒng)中常存在非線性,且許多實(shí)際非線性系統(tǒng)滿足Lipschitz條件,如含有三角函數(shù)非線性項(xiàng)的機(jī)器人或飛行器控制系統(tǒng)等。Lipschitz非線性系統(tǒng)是指系統(tǒng)中關(guān)于狀態(tài)與輸入的非線性環(huán)節(jié)相對(duì)于系統(tǒng)的狀態(tài)變量滿足Lipschitz條件的非線性系統(tǒng)。因此關(guān)于Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究在理論和應(yīng)用上是非常重要的,同時(shí)也是非常具有代表性和挑戰(zhàn)性的問題。本文主要針對(duì)一類存在隨機(jī)數(shù)據(jù)丟包或隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的Lipsch

3、itz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定和控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的探討和研究。
　　 首先,本文全面而簡要地介紹了NCS的起源、發(fā)展、特點(diǎn)以及目前的研究現(xiàn)狀。詳細(xì)地分析了NCS中的若干基本問題、典型研究方法,同時(shí)提出了本文對(duì)NCS相關(guān)研究工作的觀點(diǎn)和看法,主要的研究工作包括:
　　 1.針對(duì)傳感器一控制器和控制器一執(zhí)行器通道存在隨機(jī)數(shù)據(jù)包丟失的Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),用滿足Bernoulli分布的二進(jìn)制切換序列

4、來描述隨機(jī)數(shù)據(jù)包丟失,并建立模型。依據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,給出了一個(gè)基于線性矩陣不等式(LMI)的閉環(huán)系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。進(jìn)一步地給出了使閉環(huán)非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定,且滿足指定H∞性能指標(biāo)的基于觀測器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器存在的充分條件,給出了設(shè)計(jì)基于觀測器的控制器的線性矩陣不等式(LMI)方法,并轉(zhuǎn)化為一類具有線性矩陣不等式約束的凸優(yōu)化問題,通過求解建立的凸優(yōu)化問題得到Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制最

5、優(yōu)控制器。最后用一個(gè)數(shù)值算例驗(yàn)證了提出的方法的有效性。
　　 2.針對(duì)傳感器一控制器和控制器一執(zhí)行器通道存在隨機(jī)時(shí)延的Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),用滿足Bernolllli分布的二進(jìn)制切換序列來描述隨機(jī)時(shí)延,并建立模型。利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,給出了一個(gè)基于線性矩陣不等式(LMI)的閉環(huán)系統(tǒng)指數(shù)均方穩(wěn)定的充分條件。進(jìn)一步地給出了使閉環(huán)Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定,且滿足指定H∞性能指標(biāo)的基于觀測

6、器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器存在的充分條件,給出了設(shè)計(jì)基于觀測器的控制器的線性矩陣不等式(LMI)方法,并轉(zhuǎn)化為一類具有線性矩陣不等式約束的凸優(yōu)化問題,通過求解建立的凸優(yōu)化問題得到Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制最優(yōu)控制器。最后用一個(gè)數(shù)值算例驗(yàn)證了提出的方法的有效性。
　　 3.針對(duì)具有獨(dú)立隨機(jī)丟包概率的多傳感器Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),認(rèn)為空間分布不同的多個(gè)傳感器具有獨(dú)立的工作特性,即每個(gè)傳感器到控制器

7、通道發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失的概率是不同的,也是互相獨(dú)立的。同時(shí)考慮傳感器.控制器和控制器一執(zhí)行器通道的隨機(jī)丟包,用滿足Bernoulli分布的二進(jìn)制切換序列來描述隨機(jī)數(shù)據(jù)包丟失,并建立模型。利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,給出了一個(gè)基于線性矩陣不等式(LMI)的閉環(huán)系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。進(jìn)一步地給出了使閉環(huán)Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定,且滿足指定H∞性能指標(biāo)的基于觀測器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器存在的充分條件,給出了設(shè)計(jì)基于觀測器

8、的控制器的線性矩陣不等式(LMI)方法,并轉(zhuǎn)化為一類具有線性矩陣不等式約束的凸優(yōu)化問題,通過求解建立的凸優(yōu)化問題得到Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制最優(yōu)控制器。最后用一個(gè)數(shù)值算例驗(yàn)證了提出的方法的有效性。
　　 4.針對(duì)具有獨(dú)立隨機(jī)時(shí)延概率的多傳感器Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),認(rèn)為空間分布不同的多個(gè)傳感器具有獨(dú)立的工作特性,即每個(gè)傳感器到控制器通道發(fā)生時(shí)延的概率是不同的,也是互相獨(dú)立的。同時(shí)考慮傳感器

9、一控制器和控制器一執(zhí)行器通道的隨機(jī)時(shí)延,用滿足Bernoulli分布的二進(jìn)制切換序列來描述隨機(jī)時(shí)延,并建立模型。利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,給出了一個(gè)基于線性矩陣不等式(LMI)的閉環(huán)系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。進(jìn)一步地給出了使閉環(huán)Lipschitz非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定,且滿足指定h∞性能指標(biāo)的基于觀測器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器存在的充分條件,給出了設(shè)計(jì)基于觀測器的控制器的線性矩陣不等式(LMI)方法,并轉(zhuǎn)化為一類具有線性矩陣不等式