具有时延及丢包网络系统的稳定性分析与控制

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网络控制系统(Networked Control System,简称NCS)是通过有线或无线通信网络构建的全分布式反馈闭环控制系统。相对于传统的点对点控制系统,网络化控制系统具有系统结构灵活、工业成本低、安全性高等诸多优点,因此其被广泛应用于航空航天、交通、医疗、军事及电力等诸多领域。然而,网络的引入会导致数据传输的时延、数据包的丢失等现象,这些将对系统的性能及稳定性造成严重影响,从而使网络控制系统的分析和设计变得复杂。本文针对网络控制系统中存在的问题主要做了以下几个方面的工作:1)研究了具有时延和丢包网络控制系统的鲁棒稳定性问题。数据包丢失被假设为一类特殊的时延,基于时滞分解的方法,构造一种存在三重积分项的新型Lyapunov-Krasovskii泛函,并结合逆凸组合的技术,获得了保证网络控制系统渐近稳定的新的判定条件。最后,通过算例仿真说明了所提方法具有一定的优越性。2)研究了具有随机传感器时延网络控制系统的鲁棒H滤波器设计问题。其中,传感器时延是一个满足伯努利概率分布的随机变量,并且网络控制系统被表示为时滞系统。通过构造一个新型的Lyapunov-Krasovskii泛函,并引入Wirtinger不等式方法,对系统进行H性能分析,由此得到了保证系统渐进稳定的充分条件,并在此基础上设计了鲁棒H滤波器。最后,通过算例对研究结果进行了仿真,体现了本文鲁棒H滤波器设计方法的有效性。3)研究了具有时延和丢包的不确定网络控制系统的鲁棒保性能容错控制器的设计问题。通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,获得了保证系统渐近稳定及满足一定性能指标的充分条件。将保性能指标优化问题转化为以线性矩阵不等式为约束条件的凸优化问题,并给出了鲁棒保性能控制律的参数表达式。最后,通过算例对研究结果进行了仿真,体现了本文鲁棒保性能容错控制器设计方法的有效性。
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