基于事件触发机制的网络化控制系统的协同设计研究

摘要

近年来，随着通信技术与计算机技术的快速发展，控制系统的规模越来越庞大、分散化程度越来越高，传统控制方式已经不能满足复杂工程系统对控制系统结构的要求，技术的进步和控制要求的提高，促进了网络化控制系统（Networked Control System。NCS）的发展。然而，通信网络的引入在给控制系统带来极大便利的同时，也给控制系统的分析与设计带来巨大挑战。为了满足控制系统的实时性要求，减少网络带宽资源的不必要浪费，网络化控制系统中基于事件触发机制的研究受到越来越多学者们的关注。事件触发通信策略的引入，能够有效减少数据信息的传输量，进而减少控制器的计算量以及执行器的执行次数。本文主要以基于事件触发通信机制的网络化控制系统为研究对象，从系统的建模、稳定性分析以及控制器设计等方面展开研究，实现保证控制系统品质和网络服务质量的控制与通信的协同设计。本文的主要研究内容包括以下几个方面：
　　首先，简要概述了网络化控制系统的定义、结构、基本问题以及研究内容，整理了近年来事件触发机制的研究进展和成果，并对目前存在的四种事件触发通信策略进行了简单介绍，给出了本文中将要用到的主要引理。
　　其次，建立了基于事件触发机制的时延网络化控制系统的数学模型，利用Lyapunov-Krasovskii泛函理论和线性矩阵不等式方法进行了时延相关稳定性分析，并进行了控制器的设计，通过仿真实例表明所得结论的正确性。
　　再次，针对不确定网络化控制系统，研究了基于事件触发机制的输出反馈控制问题。考虑控制系统中状态信息难于全部测量的实际情况，分别对具有动态补偿功能的动态输出反馈控制系统以及基于观测器的状态反馈控制系统建立数学模型，基于此模型，运用 Lyapunov-Krasovskii泛函理论和线性矩阵不等式方法分析了两个闭环控制系统的稳定性问题，以仿真实例验证了所提方法的有效性。
　　最后，综合考虑网络化控制系统中控制系统性能参数和通信网络动态特性对事件触发条件的影响，引入基于事件触发机制的网络化控制系统的协同设计的思想。通过分析控制系统模型以及通信网络拥塞控制模型，设计了一种新的事件触发条件，利用 Lyapunov-Krasovskii泛函理论和线性矩阵不等式方法，分析网络化控制系统的H?性能，并进行了H?控制器的设计，通过仿真数据的结果验证了所提方法的可行性。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 网络化控制系统的概述

1.3 事件触发机制的研究现状

1.4 相关引理

1.5 本文的主要研究内容

第2章 基于事件触发机制的时延NCS的研究

2.1 引言

2.2 问题的描述

2.3 稳定性分析与控制器设计

2.4 仿真实例

2.5 本章小结

第3章 基于事件触发机制的不确定NCS的输出反馈控制研究

3.1 引言

3.2 问题的描述

3.3 稳定性分析

3.4 仿真实例

3.5 本章小结

第4章 基于事件触发机制的NCS的控制与通信的协同设计

4.1 引言

4.2 问题的描述

4.3 主要结论

4.4 仿真实例

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢

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