含有随机故障的网络控制系统的可靠性控制及滤波器设计

摘要

网络控制系统(Networked Control System，简称NCS)是指利用通讯网络形成的闭环反馈控制系统。它减少了系统布线、降低维护与诊断成本、提高系统的灵活性，但同时也带来了一些问题，比如网络延迟、数据丢包、网络噪声干扰等。本文针对网络控制系统中存在的这些问题，在执行器或者传感器出现随机故障情况下，对系统进行建模并研究系统的可靠性控制和滤波器设计问题。本文的主要工作如下：
　　首先，论文研究了普通线性时滞系统的可靠性控制问题，考虑执行器出现随机故障，利用Lyapunov-Krasovskii(L-K)方法，得到系统均方渐近稳定的充分条件。利用Matlab求解线性矩阵不等式(LMI)，得到鲁棒H∞控制器增益。需要注意的是，论文还考虑了故障率出现的偏差。通过实例仿真验证了该方法的有效性。
　　其次，论文研究了网络控制系统鲁棒容错控制问题，考虑在丢包和时延同时出现的情况下，系统中的执行器出现随机故障，利用具有伯努利概率分布的随机变量对网络控制系统的随机故障进行建模，建立新的网络控制系统数学模型，文中还考虑了故障率出现的偏差问题。通过利用Lyapunov-Krasovskii(L-K)方法，以LMI形式给出了系统均方渐近稳定的充分条件，并在此基础上得到鲁棒H∞控制器增益。通过实例仿真验证了该方法的有效性。
　　最后，考虑网络控制系统中存在的随机延迟和丢包现象以及随机故障，我们研究了网络控制系统鲁棒H∞滤波器的设计问题。考虑系统中的传感器出现的随机故障，利用具有伯努利概率分布的随机变量对网络控制系统的随机故障进行建模，建立新的网络控制系统数学模型，文章中还考虑了故障参数的不确定性。采用Lyapunov-Krasovskii(L-K)方法和指数稳定理论，给出了系统均方渐近稳定的充分条件，并在此基础上得到了鲁棒H∞滤波器的设计方法。通过仿真实例验证了方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 网络控制系统概述

1.2 NCS基本问题

1.3 NCS故障诊断及容错控制的研究状况

1.3.1 NCS的研究现状

1.3.2 NCS发生故障类型以及应对处理方法

1.3.3 容错控制技术研究状况

1.4 主要的研究工作和内容安排

第二章 含有随机故障线性时滞系统的可靠性控制

2.1 引言

2.2 问题描述

2.3 主要结果

2.3.1 H∽性能分析

2.3.2 不确定系统H∽性能分析

2.3.3 不确定系统鲁棒H∽控制器设计

2.4 实例仿真

2.5 本章小结

第三章 含有随机故障网络控制系统的可靠性控制

3.1 引言

3.2 问题描述

3.3 主要结果

3.3.1 H∽性能分析

3.3.2 不确定系统的H∽性能分析

3.3.3 不确定系统的鲁棒H∽控制器的设计

3.4 实例仿真

3.5 本章小结

第四章 含有随机故障网络控制系统的鲁棒H∽滤波器的设计

4.1 引言

4.2 问题描述

4.3 主要结果

4.3.1 H∞性能分析

4.3.2 不确定性系统H∞性能分析

4.3.3 系统滤波器的设计

4.3.4 网络控制系统随机故障率不确定性

4.4 实例仿真

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 本文的主要工作和创新点

5.2 需要进一步研究的工作

参考文献

在读期间发表的学术论文

致谢