具有随机时延的网络控制系统模糊控制器设计与稳定性分析.docVIP

具有随机时延的网络控制系统模糊控制器设计与稳定性分析 王国敬 穆志纯 (北京科技大学信息工程学院，北京 100083) 摘要：针对一类存在随机时延的网络控制系统，传感器采用时间驱动，控制器和执行器采用事件驱动，提出了一种新的具有随机时延的网络控制系统的建模方法-离散模糊T-S模型，在此模型的基础上应用并行分布补偿（PDC）原理设计了模糊控制器。应用Lyapunov定理和线性矩阵不等式（LMI）方法，研究了系统的稳定性问题，给出基于LMI的状态反馈模糊控制器的设计方法。通过仿真实例验证控制方法能够保证系统稳定。 关键词：网络控制系统；模糊控制；随机时延；并行分布补偿 中图分类号：TP 文献标识码：A Stability Analysis of Networked Control Systems with Random Time-Delay WANG Guojing MU zhichun (University of Science and Technology of Beijing, Beijing 100083, China) Abstract: This paper deals with Networked Control Systems with random time-delay problem. Suppose that the sensor node is time-driven, the controller and the actuator are event-driven. We propose a new modeling method of Networked Control Systems – discrete fuzzy T-S model. And design fuzzy controller by using parallel distributing compensation theory based on this model. We analyze the stability of T-S model system by Lyapunov stability theory and linear matrix inequalities. The controller design approach based on the LMI is presented. Finally a simulation example illustrating the proposed method is given. Keyword: Networked Control Systems, Fuzzy Control, Random Time-Delay, Parallel Distributing Compensation 1引言 随着控制系统技术的不断发展，系统规模的日益扩大，越来越多的控制系统通过通信网络实现不同部件之间的信息共享和交换，这就是网络控制系统（etworked Control Systems）。其优点是可以实现资源共享、具有较高的诊断能力、安装维护简单及增加了系统的灵活性和可性。但是将通讯网络引入控制系统使得系统的分析和设计变得非常困难。NCS各组件之间通过网络传输信息是必然会引起网络诱导时延（包括传感器-控制器时延和控制器-执行器时延），降低系统甚至引起系统不稳定。 目前已有一些学者涉及网络控制系统建模和分析工作。[3]通过设置缓存将时变时延转化为固定时延, 采用预测控制的方法设计控制器,将NCS的随机延时转换为固定延时，相对于延时比较小的系统，人为的扩大了网络延时，降低了系统的实时性。文献[4]建立了随机长时延网络控制系统的数学模型, 并设计了满足系统均方指数稳定和随机稳定的控制律。文献[5]针对线性、连续的网络控制系统状态向量无法直接测量的情况，通过设立状态观测器，并且给出了系统全局指数稳定的充要条件；文献[6]通过建立具有参数不确定性的线性网络控制系统模型，估计传输时延的最大界，给出了网络控制系统渐进稳定的条件；文献[8]考虑网络时延小于一个采样的条件下，提出了基于T-S模型的网络控制系统控制其设计方法，并且给出了系统稳定的充分条件；本文在文献[8]的研究基础上，考虑具有随机时延的情况，研究了基于模糊模型的离散时滞系统控制器设计与稳定性问题。与文献[8]相比，本文的随机时延可以大于一个采样周期，这样更加符合实际的NCS系统，最后给出一个仿真算例来验证本文方法的有效性。 系统描述及模型 2.1网络诱导随机时延 由于时延受到网络所采用的通信协议、网络当时的负荷状况、网络的传输速率、网络带宽和信息包的大小等诸多因素的影响，所以呈现出或固定或随机、有界或无界等特征。随机时延