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随着计算机技术、通讯技术、网络技术与控制理论技术的不断发展,网络控制系统的应用已经成为自动化控制领域研究的热点,它不仅解决了生产过程中远程控制的难题也促进了计算机技术、通讯技术和自动化控制理论技术的紧密融合。如今,被控对象也越来越复杂,工业生产过程中广泛应用的多输入多输出系统采用单一的采样速率在一定程度上已经满足不了工业生产的要求,这就要根据系统的需求采取不同的采样周期。而网络的介入也带来了许多问题:如网络传输过程中的时滞、网络传输导致的反馈、网络带宽的限制使得数据必须分包传输、通信过程中导致的数据丢失、不同的网络节点间系统时钟的异步等等。这些问题使得多输入多输出网络控制系统的分析与设计将会变得更加复杂。本文将采用李雅普诺夫稳定性理论、线性矩阵不等式方法、时滞系统理论、线性离散控制系统理论等相关知识对多采样率MIMO状态反馈网络控制系统的建模与稳定性分析进行研究。
首先,建立了MIMO网络控制系统的模型,对所建立的系统模型进行详细分析,得出了MIMO网络控制系统定常情况与时变情况下的单包、多包传输的状态反馈连续时间模型;结合多采样率的相关理论知识,推导了传感器、控制器、执行器均为时间驱动的MIMO网络控制系统下的离散时间模型,利用提升技术将多采样率时变特性转换为高维的时不变系统,为多采样率MIMO网络控制系统稳定性的分析奠定了基础。
其次,对推导出的多采样率MIMO网络控制系统模型进行稳定性分析,利用李雅普诺夫和线性矩阵不等式的方法,分别讨论了时滞独立和时滞依赖情况下系统的稳定性条件,通过实例验证上述推导方法的有效性和可行性。
最后,在网络环境下,将小车倒立摆系统与多采样控制系统相结合,搭建数学模型得出了多采样率控制时的最佳状态反馈控制率,并基于Truetime工具箱和Simulink仿真软件建立了MIMO网络控制系统仿真平台,取小车的水平位置和摆杆偏角两个参数进行仿真,并对仿真结果进行了分析。