一类线性离散网络控制系统的稳定性分析及其控制器设计

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伴随着工业控制工程的结构越来越复杂,控制系统的稳定性也随之变得越来越差,工业控制的标准越来越高,使得点对点式的传统控制方式已经满足不了工业增长的需求。网络控制系统的出现解决了传统控制系统的难题,网络控制系统(Networked Control Systems,NCSs)是由闭环网络构成的控制系统,控制方式是完全网络化的分布式的。相对于传统的控制系统,NCSs具有资源即时共享、远程操作和控制、系统布线精简、系统诊断能力高、扩展和维护方便等特点,提高了系统的稳定性和灵活性。目前,国内外控制领域的专家已经对连续NCSs进行了长期而深入的研究,并且取得了丰硕的研究成果。而针对离散网络控制系统的研究却相对较少,因此本文将对离散网络控制系统的稳定性分析与控制器设计做进一步研究。以下是本文开展研究工作的几点主要内容:(1)首先,本文在Lyapunov稳定性理论的基础上对一类线性离散NCSs稳定性的问题进行分析。给加入时滞信息的闭环网络控制系统模型构造一个L-K泛函,再对这个泛函进行差分运算,然后利用离散化的Wirtinger不等式去处理L-K泛函差分运算得到的差分项。为了减小由计算方法带来的保守性和处理过程对结果造成的影响,因此引入了一组特定的等式进行运算。最后提出一种改进的网络控制系统的稳定性准则。进而使系统的稳定性准则的保守性更小,通过示例和对应的仿真验证了该准则的有效性。(2)其次,考虑到系统不稳定时设计一个控制器可以使系统变得稳定,系统稳定时,设计一个控制器可以提高系统的稳定性。因此通过给系统设计一个控制器,提高系统的性能指标,使得系统的稳定性更符合实际应用情景。本文第二部分的研究内容是在稳定性准则研究的基础上为NCSs设计一个控制器,为了解决非线性项,利用迭代算法将非线性不等式转化线性不等式,再用LMI工具进行处理,得到系统的控制器增益,然后通过仿真来验证该控制器设计的有效性。(3)最后,基于实际系统总是存在各种不确定因素的情况,本文最后研究的内容是带有参数不确定的离散NCSs的鲁棒控制器设计问题。以线性矩阵不等式的形式给出了控制器的设计方案。所给的数值示例可以验证设计方案的有效性。
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