基于输出预测的多速率网络控制系统保性能控制器设计

摘要

多速率网络控制系统是指系统中的控制器、传感器以及执行器等节点设备的采样周期可以不完全相同，即控制系统会具有两个甚至多个采样频率。其本质就是系统采用较低频率的传感器来降低网络传输中的流量负载，而采用较高频率的控制器来保证系统的实时性。此外，对于多输入多输出网络控制系统，不同的物理信号也会需要不同的控制频率，因此也有必要为多输入多输出网络控制系统建立多速率网络控制系统模型。在多速率采样的情况下，由于数据通过网络进行传输的不确定性以及系统采样频率的多样性，多速率网络控制系统的建模会变得相对复杂。
　　本文分析并建立多速率网络控制系统模型，设计基于输出预测的多速率保性能控制器，并进行闭环系统的稳定性分析。首先，本文为控制器和执行器均为时间驱动的多速率网络控制系统设计了保性能控制器，并给出其闭环系统的稳定条件。在此基础上，为了降低多速率网络控制系统中控制输入序列的保守性，提出一种输出预测算法，该方法先对被控对象在一个传感器采样周期内各个控制时刻的输出值进行预测，然后根据预测值计算控制量。本文分别针对单边和双边网络环境，设计了基于输出预测的保性能控制器，并进行了稳定性分析。
　　以多通道数据传输的飞行器姿态系统为被控对象，本文建立了多输入多输出离散模型，并基于对输出的预测设计了一种多速率动态输出反馈控制器，进而分析了系统的稳定性。数值仿真对比结果验证了基于输出预测的多速率控制器可以在保证系统稳定的同时加快系统动态响应速度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 多速率网络控制系统的结构及特点

1．2．1 多速率网络控制系统的结构

1．2．2 多速率网络控制系统的特点

1．3 多速率网络控制系统中存在的问题

1．3．1 网络诱导时延

1．3．2 数据包丢失

1．3．3 时序错乱

1．3．4 单包传输和多包传输

1．4 多速率网络控制系统的研究现状

1．5 本文的结构安排和主要内容

第2章 多速率NCS的建模和保性能控制

2．1 引言

2．2 预备知识

2．2．1 Lyapunov稳定性

2．2．2 线性矩阵不等式

2．2．3 保性能控制器

2．3 多速率网络控制系统的建模

2．4 保性能控制器设计

2．5 数值仿真

2．6 小结

第3章 基于输出预测的多速率控制器设计

3．1 引言

3．2 基于输出预测的多速率网络控制系统建模

3．3 保性能控制器设计

3．4 具有双边网络的多速率网络控制系统建模及其控制器设计

3．5 数值仿真

3．6 小结

第4章 多输入多输出网络控制系统的多速率保性能控制器设计

4．1 引言

4．2 飞行器姿态网络控制系统模型分析

4．3 保性能控制器设计

4．4 仿真实例

4．5 小结

第5章 总结

5．1 主要工作回顾

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文